JP2005142824A

JP2005142824A - ベースバンド信号振幅制限装置およびそれを用いた直交変調信号発生装置

Info

Publication number: JP2005142824A
Application number: JP2003377055A
Authority: JP
Inventors: Ikuya Otani; 育也大谷; Naohiro Watanabe; 直博渡邉; Norihiro Akiyama; 典洋秋山
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2003-11-06
Filing date: 2003-11-06
Publication date: 2005-06-02

Abstract

【課題】クリッピング処理されたベースバンド信号の帯域の広がりを、元の信号の精度を大きく低下させることなく抑圧する。
【解決手段】クリッピング処理部２３は、入力されたベースバンド信号Ｉ、Ｑに対するクリッピング処理を行い、そのクリッピング処理された信号Ｉａ、Ｑａを第１の減算手段３０に入力する。第１の減算手段３０は、元のベースバンド信号Ｉ、Ｑからクリッピング処理された信号Ｉａ、Ｑａを減じて、クリッピング処理によって除去された除去成分信号ΔＩ、ΔＱを求め、フィルタ３１に入力する。フィルタ３１によって帯域制限された信号ΔＩａ、ΔＱａは、第２の減算手段３２に入力されて元の信号Ｉ、Ｑから減算されて、その減算結果が振幅制限された信号Ｉ′、Ｑ′として出力される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ベースバンドの同相成分信号と直交成分信号の振幅を制限して出力するベースバンド信号振幅制限装置およびそれを用いた直交変調信号発生装置において、クリッピングによる歪みを低減するための技術に関する。

移動体通信システムでは、ベースバンドの同相成分信号と直交成分信号とで直交変調された高周波の直交変調信号を用いて通信を行っており、このような通信システムやそれに用いられる増幅器等のデバイスを試験する装置の場合、試験用のベースバンドの同相成分信号と直交成分信号を生成し、その同相成分信号と直交成分信号とで直交変調された高周波の直交変調信号を生成し、その信号を増幅器で電力増幅して出力する構成を有している。

ところが、直交変調して得られる直交変調信号の瞬時振幅は大きく変化し、特に、ベースバンド信号自体が多チャネル分合成されたものである場合、ダイナミックレンジの広い増幅器を用いたとしても、その許容入力レベルを超えて出力信号が歪み、この歪みによりスペクトラムが広がってしまい、隣接チャネルに妨害を与える。

これを解決する方法として、ベースバンドの同相成分信号と直交成分信号に対して振幅制限処理を加えて直交変調器に入力する方法が従来からとられている。

例えば、特許文献１には、ベースバンド信号の同相成分および直交成分によって決まる合成振幅値を算出し、その算出値が所定値以上のときに同相成分および直交成分に対してクリッピング処理を行い、そのクリッピング処理された信号のスペクトラムの広がりを狭帯域のＢＰＦによって抑えて出力する技術が開示されている。

特許第２９４４６０６号

しかしながら、上記のようにクリッピング処理されたベースバンド信号を狭帯域のＢＰＦに入力して、クリッピン処理によって発生する帯域の広がりを抑える方法では、クリッピングを受けたときのベースバンド信号だけでなく、クリッピングを受けていない状態のベースバンド信号に対してもＢＰＦによる帯域制限がなされることになり、元のベースバンド信号の信号精度が大きく低下するという問題があった。

即ち、ベースバンド信号はその生成過程で所定の帯域制限処理されたものであるから、上記のように、そのベースバンド信号に対してさらに狭帯域のＢＰＦによって２重に帯域制限してしまうと、本来出力しようとしているベースバンド信号の信号精度が低下し、これを用いて直交変調した場合、その変調精度が著しく低下してしまう。

本発明は、この問題を解決し、クリッピング処理されたベースバンド信号の帯域の広がりを、元の信号の精度を大きく低下させることなく抑圧することができるベースバンド信号振幅制限装置およびそれを用いた直交変調信号発生装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の請求項１のベースバンド信号振幅制限装置は、
入力されたベースバンドの同相成分信号と直交成分信号に対するクリッピング処理を行うクリッピング処理部（２３）と、
前記入力された同相成分信号と直交成分信号から、前記クリッピング処理部から出力される同相成分信号と直交成分信号をそれぞれ減算して、前記クリッピング処理手段によって除去された同相除去成分信号と直交除去成分信号をそれぞれ出力する第１の減算手段（３０）と、
前記第１の減算手段から出力される同相除去成分信号と直交除去成分信号に対して帯域制限を行うフィルタ（３１）と、
前記入力された同相成分信号と直交成分信号から、前記フィルタによって帯域制限された同相除去成分信号と直交除去成分信号をそれぞれ減算し、その減算結果を振幅制限された同相成分信号と直交成分信号として出力する第２の減算手段（３２）とを備えている。

また、本発明の請求項２のベースバンド信号振幅制限装置は、請求項１のベースバンド信号振幅制限装置において、
前記入力された同相成分信号と直交成分信号とを、前記クリッピング処理部のクリッピング処理時間に応じて遅延させて前記第１の減算手段に入力させる第１の遅延手段（３８）と、
前記入力された同相成分信号と直交成分信号とを、前記クリッピング処理部のクリッピング処理時間、前記第１の減算手段の演算時間および前記フィルタの処理時間の合計に応じて遅延させて前記第２の減算手段に入力させる第２の遅延手段（３９）とを備えている。

また、本発明の請求項３の直交変調信号発生装置は、
ベースバンドの同相信号成分と直交成分信号とを発生するベースバンド信号発生器（２１）と、
前記ベースバンド信号発生器から入力された同相信号成分と直交成分信号に対して振幅制限処理を行う前記請求項１または請求項２記載のベースバンド信号振幅制限装置（２２）と、
前記ベースバンド信号振幅制限装置によって振幅制限された同相成分信号と直交信号成分から直交変調信号を生成する直交変調器（３５）と、
前記直交変調器によって生成された直交変調信号の周波数を所望周波数に変換する周波数変換器（３６）と、
前記周波数変換器から出力される所望周波数の直交変調信号を電力増幅する増幅器（３７）とを備えている。

このように、本発明のベースバンド信号振幅制限装置およびそれを用いた直交変調信号発生装置では、クリッピング処理によって除去された除去成分信号を求め、その除去成分信号をフィルタによって帯域制限して得られた信号を、元のベースバンド信号から減算処理することで振幅制限を行っているため、クリッピングを受けていない状態のベースバンド信号に対するフィルタの帯域制限の影響が少なく、その影響による信号精度の低下が小さくて済むという効果がある。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用したベースバンド信号振幅制限装置を振幅制限器２２として有する直交変調信号発生装置２０の構成を示している。

直交変調信号発生装置２０は、ベースバンド信号発生器２１、振幅制限器２２、直交変調器３５および周波数変換器３６および増幅器３７によって構成されている。

ベースバンド信号発生器２１は、帯域制限されたディジタルのベースバンドの同相成分信号Ｉと直交成分信号Ｑを生成して振幅制限器２２に順次出力する。

振幅制限器２２は、クリッピング処理部２３、第１の減算手段３０、フィルタ３１および第２の減算手段３２によって構成されている。

なお、振幅制限器２２が処理するベースバンド信号は時系列に入力されるデータ信号であり、クリッピング処理部２３、第１の減算手段３０、フィルタ３１の各処理に必要な遅延を考慮する必要があるが、ここでは説明を簡単にするために、上記各手段の処理延遅延時間がないものと仮定する。

クリッピング処理部２３は、入力された同相成分信号Ｉと直交成分信号Ｑの振幅に対するクリッピング処理を行うためのものであり、例えば図２に示すように、振幅計算手段２４、クリッピングのしきい値Ｖｒを設定するための制限値設定手段２５、算出されたベクトル振幅Ｖとしきい値Ｖｒとに基づいてクリップ係数Ｋを算出する係数算出手段２６、クリップ係数Ｋに基づいて入力された同相成分信号Ｉと直交成分信号Ｑに対するクリッピング処理を行うクリップ手段２７とにより構成されている。

ここで、振幅計算手段２４は、入力された同相成分信号Ｉと直交成分信号Ｑによって決まるベクトルの大きさ（ベクトル振幅）Ｖを、次の演算によって計算する。

Ｖ＝（Ｉ^２＋Ｑ^２）^１／２

ここではベクトル振幅を理論的に計算するものとするが、複雑な演算処理を必要とする平方根の演算を行わずに、（Ｉ^２＋Ｑ^２）をベクトル振幅Ｖとして算出してもよい。

また、係数算出手段２６は、算出されたベクトル振幅Ｖとしきい値Ｖｒとの比Ｖｒ／Ｖを求め、その比が１以上のときには、クリッピングしないことを示すＫ＝１のクリップ係数を出力し、その比が１より小さいときには、Ｋ＝Ｖｒ／Ｖをクリップ係数として出力する。なお、前記したように、（Ｉ^２＋Ｑ^２）をベクトル振幅Ｖとする場合には、Ｖｒ／Ｖの平方根をクリップ係数とすればよい。

クリップ手段２７は、係数算出手段２６によって算出されたクリップ係数Ｋを、入力された同相成分信号Ｉと直交成分信号Ｑにそれぞれ乗じ、その乗算結果を同相成分信号Ｉａと直交成分信号Ｑａとして出力する。

したがって、算出されたベクトル振幅Ｖがしきい値Ｖｒ以下のときには、入力されたベースバンド信号Ｉ、Ｑにそれぞれ等しいベースバンド信号Ｉａ、Ｑａが出力される。

また、図３に示すように、あるタイミングで入力されたベースバンド信号Ｉｘ、Ｑｘのベクトル振幅Ｖｘがしきい値Ｖｒより大きい場合、入力されたベースバンド信号Ｉｘ、Ｑｘにそれぞれクリップ係数Ｋが乗じられて、しきい値Ｖｒに等しいベクトル振幅のベースバンド信号Ｉｘａ、Ｑｘａに変換される。

このクリッピング処理部２３から出力されるベースバンド信号Ｉａ、Ｑａは、第１の減算手段３０に入力される。

第１の減算手段３０は、次式に示されるように、振幅制限器２２に入力されるベースバンド信号Ｉ、Ｑから、そのベースバンド信号Ｉ、Ｑに対してクリッピング処理部２３から出力されるベースバンド信号Ｉａ、Ｑａをそれぞれ減じて、クリッピング処理によって除去された除去成分信号ΔＩ、ΔＱを求める。

ΔＩ＝Ｉ−Ｉａ
ΔＱ＝Ｑ−Ｑａ

この除去成分信号ΔＩ、ΔＱはフィルタ３１に入力される。フィルタ３１は、例えばＦＩＲ（Finite Impulse Response）型ディジタルフィルタで構成され、ベースバンド信号発生器２１がベースバンド信号Ｉ、Ｑを生成する際に行っている帯域制限処理と同等あるいはそれより狭い帯域制限処理を除去成分信号ΔＩ、ΔＱに対して行い、その処理結果ΔＩａ、ΔＱａを第２の減算手段３２に出力する。

第２の減算手段３２は、振幅制限器２２に入力されたベースバンド信号Ｉ、Ｑから、そのベースバンド信号Ｉ、Ｑに対してフィルタ３１から出力される除去成分信号ΔＩａ、ΔＱａを、次のようにそれぞれ減じる。

Ｉ′＝Ｉ−ΔＩａ
Ｑ′＝Ｑ−ΔＱａ

この減算処理によって得られるベースバンド信号Ｉ′、Ｑ′は、元のベースバンド信号Ｉ、Ｑから、フィルタ３１により帯域制限された除去成分信号ΔＩａ、ΔＱａを減じることによって振幅制限されたものである。

したがって、フィルタ３１による帯域制限の影響は除去成分信号ΔＩａ、ΔＱａが減算された部分にしか含まれておらず、クリッピングされていないときのベースバンド信号の精度にほとんど影響を与えない。

このようにして振幅制限されたベースバンド信号Ｉ′、Ｑ′は、直交変調器３５に入力され、このベースバンド信号Ｉ′、Ｑ′によって直交変調された中間周波数帯の直交変調信号Ｓが生成され、その直交変調信号Ｓが周波数変換器３６によって所望周波数帯（高周波帯）に変換されて、増幅器３７によって電力増幅されて出力される。

次に、上記振幅制限器２２の動作について、簡単な信号波形とスペクトラムを示して説明する。

ベースバンド信号発生器２１から出力されるベースバンド信号Ｉ、Ｑをベクトル合成して得られる合成信号［Ｉ，Ｑ］が図４の（ａ）に示す波形で、そのスペクトラムが図４の（ｂ）のように示されるとする。

このベースバンド信号Ｉ、Ｑが入力されたクリッピング処理部２３では、ベクトル振幅がしきい値Ｖｒを超えるときのベースバンド信号Ｉ、Ｑに対してクリッピング処理するため、その出力信号Ｉａ、Ｑａの合成信号［Ｉａ，Ｑａ］は、図５の（ａ）のようになり、そのスペクトラムは図５の（ｂ）のように大きく広がる。

このとき、第１の減算手段３０の出力は、クリッピング処理で除去された同相除去成分信号ΔＩと直交除去成分信号ΔＱとなり、その合成信号［ΔＩ，ΔＱ］は図６の（ａ）のような間欠波形となり、そのスペクトラムは図６の（ｂ）のように、非常に広い帯域を有している。

この除去成分信号ΔＩ、ΔＱはフィルタ３１に入力されて帯域制限を受け、その帯域制限された除去成分信号ΔＩａ、ΔＱａの合成信号［ΔＩａ，ΔＱａ］は、図７の（ａ）のように連続性をもった信号となり、そのスペクトラムの帯域も図７の（ｂ）のように元のベースバンド信号の帯域と同等またはそれより狭くなる。

そして、第２の減算手段３２において、除去成分信号ΔＩａ、ΔＱａが元のベースバンド信号Ｉ、Ｑからそれぞれ減算されるため、その出力Ｉ′、Ｑ′の合成信号［Ｉ′，Ｑ′］は、図８の（ａ）のように、しきい値レベルにほぼ制限された（わずかな振動分をもつ）波形となり、そのスペクトラムの帯域は図８の（ｂ）のように、元のべースバンド信号のものとほぼ同等となる。

このように、フィルタ３１により帯域制限された除去成分信号ΔＩａ、ΔＱａを元のベースバンド信号Ｉ、Ｑから減じることによって振幅制限されたベースバンド信号Ｉ′、Ｑ′には、除去成分信号ΔＩａ、ΔＱａに対するフィルタ３１の影響しか含まれておらず、クリッピンされていない信号成分に対するフィルタ３１の影響はなく、その信号成分の精度の低下は発生しない。

したがって、このベースバンド信号Ｉ′、Ｑ′によって直交変調された直交変調信号の変調精度はクリッピングそのものの影響による低下のみに抑えることができ、増幅器３７の歪み発生も抑えることができる。

また、除去成分信号のレベルは、クリッピング処理されたベースバンド信号Ｉａ、Ｑａの最大レベルより小さく、少ないビット数で表すことができ、フィルタ３１の構成を簡単化できる。

なお、クリッピング処理の方法については任意であり、上記したようなベクトル振幅としきい値との比較結果に基づいて行う方法だけでなく、同相成分信号、直交成分信号そのものとしきい値との比較結果に基づいて行ってもよい。

図１の実施形態では、説明を容易にするために、クリッピング処理部２３、第１の減算手段３０およびフィルタ３１の処理遅延時間がないものと仮定したが、実際には、各部にデータ処理のために必要な遅延時間があるので、その処理遅延時間に応じて、第１の演算手段３０および第２の演算手段３２に対するベースバンド信号Ｉ、Ｑの入力タイミングを遅延してタイミングを合わせる必要がある。

図９および図１０はその遅延手段を含めた振幅制限器２２の実施形態を示している。
図９の実施形態では、第１の遅延手段３８は、第１の減算手段３０において減算処理されるベースバンド信号Ｉ、Ｑがその第１の減算手段３０に入力されるタイミングを、クリッピング処理に必要な時間だけ遅延し、第２の遅延手段３９は、第２の減算手段３２において減算処理されるベースバンド信号Ｉ、Ｑがその第２の減算手段３２に入力されるタイミングを、クリッピング処理、第１の減算手段３０の減算処理およびフィルタ３１の処理に必要な合計時間分遅延することによって、クリッピング処理部２３、第１の減算手段３０およびフィルタ３１の処理遅延時間と各部に入力されるベースバンド信号Ｉ、Ｑのタイミングを合わせている。

また、図１０の実施形態では、第１の遅延手段３８は、前記同様に、第１の減算手段３０において減算処理されるベースバンド信号Ｉ、Ｑがその第１の減算手段３０に入力されるタイミングを、クリッピング処理に必要な時間だけ遅延し、第２の遅延手段３９は、第１の遅延手段３８によって遅延されたベースバンド信号Ｉ、Ｑを、さらに第１の減算手段３０の減算処理およびフィルタ３１の処理に必要な合計時間分遅延して第２の減算手段３２に入力させる。これによって、クリッピング処理部２３、第１の減算手段３０、フィルタ３１の処理遅延時間と各部に入力されるベースバンド信号Ｉ、Ｑのタイミングを合わせている。

また、ここでは直交変調信号発生装置２０の振幅制限器２２に本発明を適用していたが、本発明のベースバンド信号振幅制限装置は、ベースバンド信号の振幅制限処理が必要な他の機器にも同様に用いることができる。

本発明の実施形態の構成を示す図実施形態のクリッピング処理部の構成例を示す図クリッピン処理を説明するための図実施形態の動作を説明するための信号波形とスペクトラムを示す図実施形態の動作を説明するための信号波形とスペクトラムを示す図実施形態の動作を説明するための信号波形とスペクトラムを示す図実施形態の動作を説明するための信号波形とスペクトラムを示す図実施形態の動作を説明するための信号波形とスペクトラムを示す図遅延手段を含めた実施形態の構成図遅延手段を含めた別の実施形態の構成図

符号の説明

２０……直交変調信号発生装置、２１……ベースバンド信号発生器、２２……信号振幅制限器、２３……クリッピング処理部、２４……振幅計算手段、２５……制限値設定手段、２６……係数算出手段、２７……クリップ手段、３０……第１の減算手段、３１……フィルタ、３２……第２の減算手段、３５……直交変調器、３６……周波数変換器、３７……増幅器、３８……第１の遅延手段、３９……第２の遅延手段

Claims

入力されたベースバンドの同相成分信号と直交成分信号に対するクリッピング処理を行うクリッピング処理部（２３）と、
前記入力された同相成分信号と直交成分信号から、前記クリッピング処理部から出力される同相成分信号と直交成分信号をそれぞれ減算して、前記クリッピング処理手段によって除去された同相除去成分信号と直交除去成分信号をそれぞれ出力する第１の減算手段（３０）と、
前記第１の減算手段から出力される同相除去成分信号と直交除去成分信号に対して帯域制限を行うフィルタ（３１）と、
前記入力された同相成分信号と直交成分信号から、前記フィルタによって帯域制限された同相除去成分信号と直交除去成分信号をそれぞれ減算し、その減算結果を振幅制限された同相成分信号と直交成分信号として出力する第２の減算手段（３２）とを備えたベースバンド信号振幅制限装置。
前記入力された同相成分信号と直交成分信号とを、前記クリッピング処理部のクリッピング処理時間に応じて遅延させて前記第１の減算手段に入力させる第１の遅延手段（３８）と、
前記入力された同相成分信号と直交成分信号とを、前記クリッピング処理部のクリッピング処理時間、前記第１の減算手段の演算時間および前記フィルタの処理時間の合計に応じて遅延させて前記第２の減算手段に入力させる第２の遅延手段（３９）とを備えていることを特徴とする請求項１記載のベースバンド信号振幅制限装置。
ベースバンドの同相信号成分と直交成分信号とを発生するベースバンド信号発生器（２１）と、
前記ベースバンド信号発生器から入力された同相信号成分と直交成分信号に対して振幅制限処理を行う前記請求項１または請求項２記載のベースバンド信号振幅制限装置（２２）と、
前記ベースバンド信号振幅制限装置によって振幅制限された同相成分信号と直交信号成分から直交変調信号を生成する直交変調器（３５）と、
前記直交変調器によって生成された直交変調信号の周波数を所望周波数に変換する周波数変換器（３６）と、
前記周波数変換器から出力される所望周波数の直交変調信号を電力増幅する増幅器（３７）とを備えた直交変調信号発生装置。