JP2010283755A

JP2010283755A - ピーク電力抑制方法、ピーク電力抑制回路、送信機、及び、裾広ピーク電力検出方法

Info

Publication number: JP2010283755A
Application number: JP2009137366A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yamamoto; 剛史山本
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2009-06-08
Filing date: 2009-06-08
Publication date: 2010-12-16

Abstract

【課題】裾の広い波形となるピーク電力を確実に抑制する方法・回路を提供する。
【解決手段】入力信号が、所定時間以上にわたって電力の閾値を超えている場合、当該入力信号の複数点の値にそれぞれ対応したピークキャンセル信号を生成し、当該ピークキャンセル信号を用いてピーク電力を減殺し、抑制する。例えば、電力の閾値を超える入力信号Ｘの波形の一のピーク値及びその時間軸上のピーク位置を検出するとともに、当該ピーク位置から時間軸上で所定距離離れた位置でも閾値を超えるときは、その位置での入力信号の他の値を検出し、ピーク値及び他の値をそれぞれ減殺するピークキャンセル信号Ｙによりピーク電力を抑制する。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば無線通信用の送信機に搭載されるピーク電力抑制回路に関する。

送信機内において信号電力を増幅する増幅器には優れた線形性が要求されるが、最大出力を超えるレベル相当の信号が入力されると、増幅器の出力は飽和して非線形歪みが増大する。例えばＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplex）のように複数の搬送波を用いて信号を変調する方式では、搬送波の位相が重なり合って大きなピーク電力を持つ信号になることがある。このようなピーク電力に対しても非線形歪みを増大させないようにするには、ダイナミックレンジの広い増幅器が必要となる。しかし、短時間にしか出現しないピーク電力のためにダイナミックレンジを広げると、時間軸上の波形の平均電力と、短時間のピーク電力との比（ＰＡＰＲ：Peak to Average Power Ratio）が大きくなり、電力効率が悪くなる。

従って、短時間しか出現しないピーク電力については、これをそのまま受け入れるよりも抑制する方が合理的である。抑制方法としては、クリッピングと呼ばれるピーク切り取り処理が知られているが、当該クリッピングは、周波数スペクトルに影響を与える欠点がある。そこで、そのような欠点を解消すべく、通常振幅制限を行うピーク電力抑制回路を、増幅器より前段に設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この回路では、ピーク値を減殺するピークキャンセル信号を用意して、入力信号から減算する処理を行う。このような処理は、ＰＣ−ＣＦＲ（Peak Cancellation - Crest Factor Reduction）と呼ばれる。

特開２００４−１３５０８７号公報（図１，図８）

上記のようなピークキャンセル信号による減算処理を行う従来のピーク電力抑制回路では、閾値を超える入力信号が時間的に長く続いた場合、ピークキャンセル信号を減算処理しても、十分にキャンセルできず、閾値を超える信号が残る場合がある。

図６は、これを説明するグラフであり、（ａ）は入力信号に含まれるピークの部分、（ｂ）はピークキャンセル信号、（ｃ）は出力信号を、それぞれ示している。横軸は時間、縦方向は電力を意味する。すなわち、（ａ）に示すように、閾値を超える入力信号が長く続き、裾の広い波形のピークとなる場合、ピーク値に基づいて（ｂ）に示すピークキャンセル信号で減算処理しても、（ｃ）に示す信号が残ってしまう。これは、後段の増幅器における非線形歪みの原因となる。

上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、裾の広い波形となるピーク電力を確実に抑制する方法・回路を提供することを目的とする。

（１）本発明のピーク電力抑制方法は、入力信号が、所定時間以上にわたって電力の閾値を超えている場合、当該入力信号の複数点の値にそれぞれ対応したピークキャンセル信号を生成し、当該ピークキャンセル信号を用いてピーク電力を減殺し、抑制することを特徴とする。

上記のようなピーク電力抑制方法では、時間軸上で裾の広い波形となるピーク電力に対して、複数のピークキャンセル信号によって広い裾の全体にわたってピーク電力を抑制することができる。

（２）一方、本発明のピーク電力抑制回路は、電力の閾値を超える入力信号の波形の一のピーク値及びその時間軸上のピーク位置を検出するとともに、当該ピーク位置から時間軸上で所定距離離れた位置でも前記閾値を超えるときは、その位置での前記入力信号の他の値を検出するピーク検出部と、前記入力信号を所定時間遅延させる遅延回路部と、前記ピーク値及び前記他の値があるときは当該値をも減殺するピークキャンセル信号をそれぞれ生成し、遅延させた前記入力信号を、当該ピークキャンセル信号により減殺するキャンセル処理部とを備えたものである。

上記のように構成されたピーク電力抑制回路では、時間軸上で裾の広い波形となるピーク電力に対して、ピーク値及び他の値にも対応した複数のピークキャンセル信号によって広い裾の全体にわたってピーク電力を抑制することができる。

（３）また、上記（２）のピーク電力抑制回路において、所定距離とは、ピーク検出のサンプリング点を所定数カウントすることによって規定するものであってもよい。
この場合、ピーク検出のサンプリングは一定周期で行われるので、所定数のカウントにより時間軸上の所定距離を確実にとることができる。

（４）また、上記（２）又は（３）に記載のピーク電力抑制回路を前段に備え、後段に増幅器を備えた送信機としてもよい。
このような送信機は、ピーク電力の抑制により、増幅器における非線形歪みの発生を防止することができる。

（５）一方、本発明は、電力の閾値を超える入力信号の波形の一のピーク値及びその時間軸上のピーク位置を検出するとともに、当該ピーク位置から時間軸上で所定距離離れた位置にも前記閾値を超える値が存在する場合にはピーク電力の裾が広いと判断する、裾広ピーク電力検出方法でもある。
このような裾広ピーク電力検出方法では、裾の広い波形となるピーク電力であることを検出することができる。従って、ピーク電力抑制を行うべき裾の広い波形か否かを事前に判断することができる。

本発明のピーク電力抑制方法及び回路によれば、裾の広い波形となるピーク電力を確実に抑制することができる。また、本発明の裾広ピーク電力検出方法によれば、ピーク電力抑制の一部若しくはその前提として、ピーク電力抑制を行うべき裾の広い波形か否かを判断することができる。

本発明の一実施形態に係るピーク電力抑制回路（ＣＦＲ）及びこれを含む送信機の要部を示すブロック図である。上記ピーク電力抑制回路の機能を示す回路図である。裾の広いピーク電力の一例を示す図である。横軸は時間であり、横軸のレベルは電力の閾値に相当する。２つのピークキャンセル信号によるピーク電力抑制を示すグラフである。一時的に閾値を超える入力信号に対しての、ピーク電力抑制の一例を示すグラフである。ピークキャンセル信号を減算処理しても、十分にキャンセルできず、閾値を超える信号が残る場合について例示するグラフであり、（ａ）は入力信号に含まれるピークの部分、（ｂ）はピークキャンセル信号、（ｃ）は出力信号を、それぞれ示している。

図１は、本発明の一実施形態に係るピーク電力抑制回路（ＣＦＲ）１及びこれを含む送信機１０の要部を示すブロック図である。この送信機１０は、例えば、無線通信システムの基地局装置に用いられるものである。図において、送信機１０は、図示しないディジタル処理部から与えられる入力信号のピーク電力を抑制するピーク電力抑制回路１、ディジタル信号からアナログ信号への変換を行うＤ／Ａコンバータ２、不要な高周波をカットするローパスフィルタ３、送信用の変調を行う周波数変換部４、高出力の増幅器（ＨＰＡ）５、及び、送信用のアンテナ６を備えている。

図２は、上記ピーク電力抑制回路１の機能を示す回路図である。ピーク電力抑制回路１は、遅延回路部１１、減算部１２、ピーク検出部１３、及び、ピークキャンセル信号生成部１４を備えている。入力信号をＸとすると、ピーク検出部１３は、電力の閾値を超える入力信号Ｘのピーク値及びその時間軸上のピーク位置を検出する。どこがピーク値であるかは、信号の波形（包絡線）が増加から減少に転じることにより、検出可能である。

また、ピークキャンセル信号生成部１４は、予め記憶している基本関数波形に、ピーク値が閾値を超える分を乗じることにより、ピーク値を減殺するピークキャンセル信号Ｙを生成し、出力する。一方、信号Ｘは遅延回路部１１によって所定時間遅延させられた入力信号Ｘ１となり、さらに、減算部１２において上記のピークキャンセル信号Ｙの減算処理を受け、最終的に出力信号Ｚとなる。

すなわち、ピークキャンセル信号生成部１４及び減算部１２は、キャンセル処理部１５を構成しており、当該キャンセル処理部１５は、時間軸上で裾の広い波形となるピーク電力に対して、以下に述べるように、複数のピークキャンセル信号によって広い裾の全体にわたってピーク電力を抑制するものである。

なお、上記のピークキャンセル信号Ｙは、入力信号Ｘと同じ周波数帯にある。従って、ピークキャンセル信号Ｙは、入力信号Ｘの使用する周波数帯域外に漏洩しない信号である。仮に、ピークキャンセル信号Ｙに入力信号Ｘの周波数帯域外の成分が含まれていると、信号Ｘ１からピークキャンセル信号Ｙを減算した時点で周波数帯域外への漏洩が生じるが、上記のように同じ周波数帯域内であることにより、減算によって周波数帯域外への漏洩が生じることはないので好ましい。

図３は、裾の広いピーク電力の一例を示す図である。横軸は時間であり、横軸のレベルは電力の閾値に相当する。丸印は、ピーク検出のサンプリング点を示している。まず、ピーク検出部１３は、（ａ）に示すピークＰ１のピーク値及びその時間軸上のピーク位置を検出する。このピークＰ１は、例えば順に現れる３点を相互比較して、中間点が、前後の点よりも振幅（電力）が大きいとき、この中間点を、ピークＰ１として検出することができる。ピークキャンセル信号生成部１４は、このピーク値を減殺するピークキャンセル信号Ｙを生成し、出力する。

次に、ピーク検出部１３は、ピークＰ１を始点としてサンプリング点にしてＮ（この例ではＮ＝５）をカウントする点Ｐ２を、強制的に、ピークキャンセルの対象となる他の点であるとみなして、Ｐ２の値及びその時間軸上の位置を検出する。ここで、ピーク検出のサンプリングは一定周期で行われるので、所定数のカウントにより時間軸上の所定距離を確実にとることができる。

ピークキャンセル信号生成部１４（図２）は、このＰ２の値を減殺するピークキャンセル信号Ｙを生成し、出力する。なお、Ｎの値は適宜選択すればよいし、図示の例とは逆に、時間軸上の前方にカウントしてもよい。要するに、ピークＰ１のピーク位置から時間軸上で所定距離離れた位置にも閾値を超える値があれば、その値及び時間軸上の位置を検出すればよいのである。

図４は、上記のような２つのピークキャンセル信号によるピーク電力抑制を示すグラフである。（ａ）は、裾の広いピーク電力となる入力信号Ｘを所定時間遅延させた信号Ｘ１である。この所定時間とは、ピークキャンセル信号Ｙを出力するタイミングと同期をとるべく設定される。すなわち、信号Ｘ１と同期してピークキャンセル信号Ｙが出力され、（ｂ）に示す２山のピークキャンセル信号Ｙにより、（ａ）に示す信号Ｘ１は減殺される。これにより、出力信号Ｚは、（ｃ）に示すような、低いレベルに抑えられる。

なお、裾の広くない（通常の）ピーク電力に対して上記のように、本来のピークＰ１とは別に他の点Ｐ２を設定してピークキャンセル信号を生成しようとすると、他の点は、閾値を割ってしまう可能性がある。この場合には、もはやピーク電力として抑制されるべき状態ではないので、他の点用のピークキャンセル信号は設定されない。結果的に、他の点に対してピークキャンセル信号が設定されれば裾の広いピーク電力であることになり、逆に、他の点に対してピークキャンセル信号が設定されなければ裾の広くない（通常の）ピーク電力であることになる。

図５は、一時的に閾値を超える入力信号に対しての、ピーク電力抑制の一例を示すグラフである。（ａ）に示す入力信号が閾値を超えると、（ｂ）に示すようにピーク値とその時間軸上のピーク位置がピーク検出部１３（図２）によって捉えられる。また、このピーク位置から時間軸上の所定距離にも閾値を超える他の点が設定され、その時間軸上の位置がピーク検出部１３によって捉えられる。そして、（ｃ）に示すピークキャンセル信号が（ａ）の入力信号を遅延させたものと同期して出力される。これにより、（ｄ）に示すように、ピーク電力が効果的に抑制される。

以上のように、本実施形態に係るピーク電力抑制回路１によれば、時間軸上で裾の広い波形となるピーク電力に対して、ピーク位置の他、他の位置を設定して、複数のピークキャンセル信号によって広い裾の全体にわたってピーク電力を抑制することができる。従って、裾の広い波形となるピーク電力を確実に抑制する回路を提供することができる。また、このようにピーク電力を抑制することにより、増幅器５（図１）における非線形歪みの発生を防止することができる。

なお、ピークキャンセルの対象となる複数の位置のうち、１つは本来のピーク位置であることが好ましいが、ピーク電力の波形によっては必ずしも１つが本来のピーク位置でなくてもよく、要するに、複数のピークキャンセル信号によって広い裾の全体にわたってピーク電力を抑制することができればよい。また、複数とは、２つに限定されないので、３以上も可能である。

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ピーク電力抑制回路
５増幅器
１０送信機
１１遅延回路部
１３ピーク検出部
１５キャンセル処理部

Claims

入力信号が、所定時間以上にわたって電力の閾値を超えている場合、当該入力信号の複数点の値にそれぞれ対応したピークキャンセル信号を生成し、当該ピークキャンセル信号を用いてピーク電力を減殺し、抑制することを特徴とするピーク電力抑制方法。
電力の閾値を超える入力信号の波形の一のピーク値及びその時間軸上のピーク位置を検出するとともに、当該ピーク位置から時間軸上で所定距離離れた位置でも前記閾値を超えるときは、その位置での前記入力信号の他の値を検出するピーク検出部と、
前記入力信号を所定時間遅延させる遅延回路部と、
前記ピーク値及び前記他の値があるときは当該値をも減殺するピークキャンセル信号をそれぞれ生成し、遅延させた前記入力信号を、当該ピークキャンセル信号により減殺するキャンセル処理部と
を備えたことを特徴とするピーク電力抑制回路。
前記所定距離とは、ピーク検出のサンプリング点を所定数カウントすることにより規定される請求項２記載のピーク電力抑制回路。
請求項２又は３に記載のピーク電力抑制回路を前段に備え、後段に増幅器を備えた送信機。
電力の閾値を超える入力信号の波形の一のピーク値及びその時間軸上のピーク位置を検出するとともに、当該ピーク位置から時間軸上で所定距離離れた位置にも前記閾値を超える値が存在する場合にはピーク電力の裾が広いと判断する、裾広ピーク電力検出方法。