JP4202604B2 - 送信信号の振幅を制限する方法及び装置 - Google Patents
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Description
(発明の分野)
本発明は、送信信号、例えば無線局を介して送信されるべき電気通信信号の振幅を制限することに関する。
【0002】
(発明の背景)
電気通信システムでは、通常、同一の送信媒体、例えば無線周波帯を介して多数の通信チャネルを一緒に送信している。送信媒体上に通信チャネルを配置する種々のアクセス機構が知られている。周知の1機構は、CDMA(符号分割多元接続)であり、異なる多数の通信チャネルが時間領域及び周波数領域において共に重なり合るようにして、無線周波帯において同時に送信される。
【0003】
当該技術分野において周知のように、各通信チャネル信号を他の通信チャネル信号から識別するために、各通信チャネル信号は、1以上の固有な拡散符号により符号化される。各通信チャネル信号を拡散符号により変調すると、拡散係数に従ってサンプリング速度(即ち、「チップ速度」(chip rate))を実質的に増加することができる。例えば、各通信チャネル信号は、ディジタル変調機構、例えば直交振幅変調(QAM)又は位相変位変調(PSK)技術に従って変調される。従って、各通信チャネルに関して位相及び直交分信号が発生する。QAM及びPSKは、当該技術分野において周知である。そこで、各通信チャネルに関連した同相分信号及び直交分信号は、固有の拡散符号シーケンスを使用して符号化される。その結果の同相分信号及び直交分信号対は、サンプリングされ(即ち、チップ速度により)、かつ個別的に重み付けされる。同相分信号及び直交分信号は、最終的に組み合わせられて複合同相信号及び複合直交信号を形成する。次いで、複合同相信号及び複合直交信号は、ローパス・パルス整形フィルタにより個別的にろ波される。ろ波に続いて、複合同相信号及び複合直交信号は、余弦搬送波及び正弦搬送波によりそれぞれ変調されて単一多符号送信信号、例えばCDMA信号に組み合わせられる。次いで、この単一多符号送信信号は、搬送周波数によりアップコンバージョンされ、かつ送信信号に関連した信号電力が送信前に高電力増幅器により増幅される。受信装置では、各通信チャネルに関連したベースバンド信号が搬送周波数及び種々の拡散符号を使用して送信信号を復調及び復号することにより、送信信号から抽出される。更に、典型的なセルラ電気通信システムにおいて、送信源は、例えば高電力基地局であってもよく、また受信部は、例えば、移動局(即ち移動電話)であってもよいことを理解すべきである。
【0004】
特に多数の通信チャネル信号が存在するときは、しばしば2以上の送信又は搬送波信号を発生し、2以上の搬送波信号のそれぞれが固有の搬送周波数そのものにより変調されることが好ましい。次いで、2以上の被変調搬送波信号は、送信する前に対応する高電力増幅器により独立して増幅され、又はその代わりに、2以上の被変調搬送波信号は、送信する前に、単一の複合送信信号に組み合わせられ、次いでこれが単一の高電力増幅器により増幅される。
【0005】
当該技術分野において習熟する者が容易に理解するように、CDMAはシステムの帯域幅を実質的に増大させ、これがまたネットワークのトラヒック処理容量を全体として増加させる。加えて、以上で説明したように、独立した複数の搬送波信号を単一の複合送信信号に組み合わせることは、独立した各搬送波信号に対して独立した1高電力増幅器よりも単一の高電力増幅器を必要とする点で有利である。これは、高電力増幅器が高価であるために、好都合であり、多数の高電力増幅器に代わって、一つの高電力増幅器を使用することは、実質的なコスト節減に帰結する。
【0006】
CDMAに関連した利点にもかかわらず、一般的に、多数の通信チャネル信号及び/又は独立した複数の搬送波信号を組み合わせると、その結果の送信信号に関連したピーク対平均電力比を実質的に増加させる。特に、送信信号に対するピーク対平均電力比は、以下の関係に従って決定可能とされる。
【0007】
【数1】
【0008】
ただし、PRPTAは対応する複合信号のピーク対平均電力比を表し、PRFは、ローパス・パルス整形フィルタの電力比を表し、Nは搬送波(CDMA)信号を形成している通信チャネル数を表す。
【0009】
大ピーク対平均電力比に関連した問題は、送信機における高電力増幅器の効率を低下させることにある。当該技術分野において習熟する者が容易に理解するように、効率は、出力電力量(即ちPmean)を入力電力量(即ちPdc+Ppeak)により割り算することにより評価される。Ppeak(即ちピーク電力)がPmeanに対して増加するに従って、高電力増幅器の効率が低下する。
【0010】
可能な一つの解決方は、搬送波信号の振幅(即ちPpeak)を単純に制限すること即ちクリップすることである。残念ながら、これは、相互変調積及び/又はスペクトル歪みの発生から来ている可能性がある。相互変調積及び/又はスペクトル歪みは、種々の通信チャネル信号間に干渉を発生させる可能性がある。従って、これは、好ましい解決法ではない。
【0011】
可能とする他の解決法は、大ピーク対平均電力比を示す(CDMA)搬送波信号に対応し、かつより効率的に増幅できる、より複雑な高電力増幅器を設計することである。しかしながら、これも、高電力増幅器のコストが通常、複雑さに比例しているので、好ましい解決方法ではない。従って、この解決方法は、高電力増幅器を内蔵している電気通信装置のコストを高くする結果となる。
【0012】
米国特許第5,621,762号(「ミラー(Miller)ほか」)は、ピーク対平均電力比問題に対して更に可能とする他の解決方法を提供している。即ち、そのまま送信されるべき電気通信信号をろ波し、続いて増幅する前に、ピーク対平均電力比を制限することである。特に、ミラーは、高電力増幅器の入力で単一符号シーケンスのピーク対平均電力比を低下させるピーク電力抑圧装置を説明している。ピーク電力抑圧装置は、単一の符号シーケンスを受信し、この符号シーケンスをシンボル配置図にマッピングし、パルス整形フィルタからの期待応答を予測し、このパルス整形フィルタの期待応答に従ってシンボル配置図上で出現する振幅を制限するディジタル信号プロセッサ(DSP)を利用している。
【0013】
ミラーにより提供された解決方法が有する第1の問題は、ピーク電力抑圧装置がCDMAのような電気通信システムにおいて見られる高いデータ・ビット速度に対処することができないことである。更に、この装置は、多重搬送波チャネル信号及び/又は多符号シーケンスに対処することができない。例えば、ミラーにより説明されたピーク電力抑圧装置は、DSP(ディジタル信号プロセッサ)を利用するということ、及びDSPがパルス整形フィルタ予測アルゴリズムを実行するために時間が掛かると云うことから明らかなように、本質的に遅い。従って、ろ波し、続いて増幅する前に、電気通信信号のピーク対平均電力比を制限でき、その上、かなり高いビット速度、多数の符号シーケンス及び多数のCDMA搬送波信号を処理できる電気通信信号振幅制限装置に対する要求が存在する。
【0014】
(発明の概要)
従って、この発明の目的は、高いデータ速度を有する複数の搬送波信号を含む複合送信信号の振幅を制限する方法及び装置を提供することである。
【0015】
この発明の目的は、独立請求項1及び請求項11の特徴による解決される。
【0016】
この発明によれば、複数の複合ディジタル搬送波信号の各振幅をそれらの複合信号成分に基づいて予測する。次いで、複数の複合振幅制限搬送波信号を組み合わせて送信信号を形成する前に、計算された振幅を使用し、少なくとも1つのスケール係数(scaling factor)を決定して複数の複合ディジタル搬送波信号のそれぞれの複合成分を評価する。
【0017】
複数の搬送波信号の各振幅を制限すると、複合送信信号の最大振幅を効果的に低くするのを可能にし、従って多数の電力増幅器又は単一の大電力増幅器に対する必要性を解消する。更に、これは、任意数の搬送波信号を組み合わせること、及び非常に高い周波数を有する、例えばCDMA電気通信アプリケーションにおける複合ディジタル搬送波信号を処理することを可能にする。
【0018】
都合よいことに、CORDICアルゴリズムを使用することにより、個々の搬送波信号の振幅を反復的に予測できる。CORDICアルゴリズムに従って、少なくとも2回の反復を利用することにより、十分な精度でもって信号の振幅を予測できる。
【0019】
計算の労力を更に軽減するために、複合信号成分の表示に使用されるビット数を削減できると共に、振幅を予測する前に、搬送波信号の複合成分の絶対値を決定できる。更に、計算の必要条件を軽減するために、十分な精度でもって予測した振幅をディジタル表示するために使用するビット数を都合よく削減できる。
【0020】
更に、少なくとも1つの振幅スケーリング係数を増幅器のクリップ振幅(clipping amplitude)の関数とすることができ、かつこのクリップ振幅をパルス整形フィルタの関数とすることもできる。
【0021】
更に、少なくとも1つのスケーリング係数を、最大振幅をクリップ振幅により割り算した対数値よりも小さい最大整数として計算することができる。
【0022】
搬送波信号の複合成分のシフト・スケーリング(shift scaling)を可能にするために、最大振幅に基づいて少なくとも1つのシフト係数を決定する第1のルックアップ・テーブルを使用してもよい。更に、粗クリップ動作の過程で、複合成分のディジタル表示の所定数の下位ビットを削除することにより、複数の複合ディジタル搬送波信号の各ディジタル表示複合成分をスケーリングすることができ、その所定数は少なくとも1つのシフト係数により決定される。
【0023】
このような下位ビットの削除は、少なくとも1つのシフト係数(shift factor)により決定された所定数のレジスタ位置だけ、レジスタにおける複合成分のディジタル表示をシフトすることにより、効果的に実行できる。
【0024】
スケーリング動作の精度を上げるために、複合成分の各ディジタル表示を第2のシフト係数と乗算する粗クリップ動作後に実行される精密なクリップ動作において、使用される第2のシフト係数を決定する第2のルックアップ・テーブルを設けてもよい。
【0025】
この発明の更に効果的な実施例は、更なる独立請求項に開示されている。
【0026】
(詳細な実施例の説明)
以下、添付する図面と共に説明を読めば、この発明を最もよく理解することができる。図中、対応する部材は同一の参照符号により示されている。
【0027】
図8は、例えば、CDMAにおいて複合送信信号805を発生するための従来技術を説明する概要ブロック図である。示されているように、独立した少なくとも2搬送波信号810及び815を組み合わせることにより、複合送信信号805が発生される。この従来技術によれば、第1セットのディジタル通信チャネル信号Φ11...Φ1Nからの各通信チャネル信号、及び第2セットのディジタル通信チャネル信号Φ21...Φ2Nからの各通信チャネル信号は、直交振幅変調(QAM)技術を使用して変調される。これは、各通信チャネル信号に対して同相信号及び直交信号対を発生することに帰結する。次いで、第1セットの通信チャネル信号に関連した各同相信号は、固有の拡散符号を使用することにより符号化され、個別的に重み付けされ、かつ他の同相信号と組み合わせられて第1の複合同相信号Xilを発生し、また第1セットの通信チャネル信号に関連した各直交信号は、同様に符号化され、重み付けされ、かつ組み合わせられ、これによって第1の複合直交信号Xqlを発生する。同様に、第2セットの通信チャネル信号に関連した各同相信号は、符号化され、重み付けされ、かつ組み合わせられ、これによって第2の複合同相信号Xi2を発生し、また第2セットの通信チャネル信号に関連した各直交信号は、同様に符号化され、重み付けされ、かつ組み合わせられ、これによって第2の複合直交信号Xq2を発生する。
【0028】
次いで、図8に示すように、複合同相信号Xil及び複合直交信号Xqlは、第1のパルス整形フィルタ820aに転送される。同様に、複合同相信号Xi2及び複合直交信号Xq2は、第2のパルス整形フィルタ820bに転送される。
【0029】
次に、ろ波された信号は、第1及び第2のベクトル変調器825a及び825bに転送される。ベクトル変調器825aは、複合同相信号Xilを、周波数f1を有する余弦搬送波により変調し、また複合直交信号Xqlをこれも周波数f1を有する正弦搬送波によって変調する。次いで、ベクトル変調器825aは、変調された複合同相信号Xilを変調された複合直交信号Xqlと組み合わせ、これによって独立した第1の搬送波信号810を発生する。同様に、ベクトル変調器825bは、複合同相信号Xi2を、周波数f2を有する余弦搬送波により変調し、また複合直交信号Xq2をこれも周波数f2を有する正弦搬送波よって変調する。次いで、ベクトル変調器825bは、変調された複合同相信号Xi2を変調された複合直交信号Xq2と組み合わせ、これによって独立した第2の搬送波信号815を発生する。次いで、独立した2つの搬送波信号810及び815は、組み合わせられて複合送信信号805を形成し、これが送信する前に高電力増幅器に転送される。
【0030】
以上で説明したように、複合送信信号805に関連したピーク対平均電力比は、通信チャネル信号Φの数が増加するに従って増加し、またこのピーク対平均電力比が増加すれば、高電力増幅器830の効果を低下させる。加えて、複合送信信号805、例えばCDMA信号の振幅を高電力増幅器830において又は高電力増幅器830を内蔵する送信機(図示なし)において、制限即ちクリップしようとすると、かなりの量の相互変調及び/又はスペクトル歪みを発生させる恐れがある。
【0031】
以下、図1に関連してこの発明の好ましい実施例を説明する。図1は、送信信号105を発生する技術を説明している。この技術は、この実施例が更に第1及び第2のディジタル通信チャネル信号Φ11...Φ1NとΦ21...Φ2Nとを第1の複合同相信号Xi1、第1の複合直交信号Xq1、第2の複合同相信号Xi2、及び第2の複合直交信号Xq2に符号化し、かつ組み合わせることも含む点で、図8に示した技術に類似している。しかしながら、図8に示す従来技術と異なり、例えば、第1の複合同相信号Xi1、Xi2、複合直交信号Xql及びXq2は、振幅制限装置150、及び特定用途向け集積回路(ASIC)に転送される。
【0032】
振幅制限装置150は、信号をパルス整形フィルタ820a及び820bに転送する前に、第1の複合同相信号Xi1、Xi2、複合直交信号Xql及びXq2の振幅を制限することができる。振幅制限装置150は、以下で更に詳細に説明される。次いで、ここでろ波され、かつ振幅調整された複合同相信号Xi1及び複合直交信号Xq1は、周波数f1を有する(CDMA)搬送波により変調され、かつ組み合わせられて独立した第1の搬送波信号110を形成する。同様に、ここでろ波され、かつ振幅調整された複合同相信号Xi2及び複合直交信号Xq2は、周波数f2を有する搬送波により変調され、かつ組み合わせられて独立した第2の搬送波信号115を形成する。次いで、独立した2つの搬送波信号110及び115は、組み合わせられて複合送信信号105を形成する。次いで、複合送信信号105の信号電力は、送信前に、高電力増幅器160により増幅される。
【0033】
本発明によれば、高度に線形な電力増幅器は、実施に高度の実施労力を必要とし、非常に高価となってしまうので、最終電力増幅器を利用する前に、共にディジタルの通信チャネル信号を組み合わせる。最終電力増幅器を適用する前に、両搬送波を組み合わせれば、両搬送波の電力和に適応した平均出力電力を有する1増幅器を必要とするだけとなる。電力増幅器の後で組み合わせを行えば、組み合わせ器における損失のために、2つの増幅器には、それぞれ3dB高い出力電力が必要となる。即ち、両方の場合とも、増幅器は、同一の出力電力を有する必要があるが、前の組み合わせの場合では、1増幅器を必要とするだけである。
【0034】
しかしながら、以上のシステム及び技術は、好ましくは、CDMAシステムに適用可能とされるが、これは、この発明の範囲に限定を加えるものではなく、更に電気通信システムにもこの技術を同様に適用でき、実際には、如何なるシステムも複数のデータ・チャネルを単一の送信チャネルに組み合わせることを必要とする。
【0035】
更に、この実施例では、2つの搬送波信号を振幅制限し、かつ組み合わせて1送信信号を形成したが、この発明の更なる実施例において、任意数の搬送波信号を振幅制限し、かつ組み合わせて1送信信号を形成することができる。
【0036】
複合送信信号、例えば送信信号105の振幅を制限するこの発明の好ましい実施例によれば、まず、独立した第1の搬送波信号110に関連した最大振幅r1と、独立した第2の搬送波信号115に関連した最大振幅r2との決定を必要とする。これらの決定は、図2に示すシンボル配置図を参照することにより、よく理解される。ただし、S1は、第1の搬送波信号110に対応する振幅及び位相を表し、またS2は、第2の搬送波信号115に対応する振幅及び位相を表す。次いで、最大振幅r1及びr2は、次式に従って決定される。
【0037】
【数2】
【0038】
ただし、Xi1、Xi2及びXq1、Xq2は、前述の複合同相信号及び複合直交信号を表す。
【0039】
最大振幅r1及びr2が決定されたならば、r1及びr2を使用してスケーリング係数“S”を計算する。好ましい実施例によれば、スケーリング係数“S”は、次式により決定される。
【0040】
【数3】
【0041】
ただし、Aclipは例えばパルス整形フィルタ820a及び820bの入力で実現される最大許容振幅値であり、また“r”は最大全振幅を表す。特に、最大全振幅“r”は次式により与えられる。
【0042】
【数4】
【0043】
次いで、スケーリング係数“S”は、複合同相信号Xi1、Xi2と、複合直交信号Xql、Xq2とに関連した瞬時振幅を制限するために使用される。
【0044】
図3は2シンボル配置図305及び310を示す。2シンボル配置図305は、この発明の好ましい実施例によるディジタル振幅制限を利用したときの複合送信信号(例えば、複合送信信号105)に関連するシンボル(即ち、瞬時振幅)を示す。シンボル配置図310は、ディジタル振幅制限を使用していないときの複合送信信号に関連するシンボルの位置を示す。当該技術分野において習熟する者は容易に理解するように、送信されるシンボルは、半径がAclipにより定義されている円形領域内に全て配置されている。しかしながら、ディジタル振幅制限を使用しないときは、送信されるシンボルが、必ずしもこの円形領域内に配置されていない。後者の場合は、大きなピーク対平均電力比に帰結すると共に、以上で説明したように、高電力増幅器の効率を低下させる可能性がある。
【0045】
図4は、以上で説明した好ましい振幅制限技術を実行するために必要とされる振幅制限装置150に関連する機能的な構成要素を更に詳細に示す。特に、振幅制限装置150は、最大振幅計算モジュール405を含む。最大振幅計算モジュール405は、以上の式(1)及び(2)を解くために必要な測定及び計算を行うことができる高速ディジタル回路を表している。振幅制限装置150は、r1及びr2をスケーリング係数計算モジュール410に転送している。スケーリング係数計算モジュール410は、以上の式(3)及び(4)を解くために必要な計算を行うことができる高速ディジタル回路を表す。
【0046】
スケーリング係数“S”を決定すると、スケーリング係数計算モジュール410は、スケーリング係数“S”をスケーリング・モジュール415a及び415bに転送する。スケーリング・モジュール415aは、スケーリング係数“S”を複合同相信号Xi1及び複合直交信号Xqlの両者に適用可能な高速ディジタル回路を表す。同様に、スケーリング・モジュール415bは、スケーリング係数“S”を複合同相信号Xi2及び複合直交信号Xq2の両者に適用可能な高速ディジタル回路を表す。複合同相信号Xi1、Xi2、及び複合直交信号Xq1、Xq2をスケーリングしたならば、図1に示すように、振幅制限装置150は、振幅制限信号をパルス整形フィルタ820a及び820bに転送する。
【0047】
図5は、振幅制限装置150の他の実施例を示す。当該他の実施例によれば、スケーリング係数計算モジュール510によって個別的なスケーリング係数SaおよびSbを計算する。ただし、スケーリング係数Saは、複合同相信号Xi1及び直交信号Xq1の瞬時振幅を個別的に調整するために使用され、またスケーリング係数Sbは、複合同相信号Xi2及び直交信号Xq2の瞬時振幅を個別的に調整するために使用される。Sa及びSbは、より具体的には、次式に従って決定される。
【0048】
【数5】
【0049】
ただし、wa及びwbは、スケーリング係数Sa及びSbをそれぞれ個別的に調整する第1及び第2の重み付け係数を表す。
【0050】
図5に示す他の技術は、図2の搬送波のうちの一つの通信チャネル信号に関連した信号電力レベル間に顕著な不一致が、他の搬送波の通信チャネル信号に関連した信号電力レベルと比較して、存在するときに、利用されてもよい。例えば、複数の搬送波のうちの1つにおける通信チャネル信号が他の搬送波の通信チャネル信号に関連したものよりかなり低いときは、複合同相信号Xi2及び複合直交信号Xq2に対する瞬時振幅のみをスケーリングするのが適当となり得る。これは、重み付け係数wbを値“1”に設定し、かつSaが値“1”に近くなるように重み付け係数waを設定することにより、効果的に達成可能である。勿論、重み付け係数wa及びwbは、複合同相信号Xi1、Xi2、及び複合直交信号Xq1、Xq2に関する瞬時振幅をスケーリングするのに適当とみなす任意値に設定されてよいことを理解すべきである。
【0051】
更に代替的な他の実施例によれば、振幅のサンプルが所定の最大値を超えるときに、複合同相信号及び複合直交信号(例えば、Xi1、Xi2、Xq1、Xq2)に関連した瞬時サンプルを制限又はクリップ可能となる。複合送信信号の平均電力レベルが対応して減少すること、従って複合送信信号のPRPTAが望ましくない増大をするのを避けるために、この代替は、後続する1以上の同相及び直交信号サンプルの振幅を増加させるために使用するスケーリング係数を発生する。ここで、後続する1以上のサンプル上の振幅の増加は、前にクリップされた1サンプル上の振幅の減少に比例している。更に、当該技術分野に習熟する者は、後続する1サンプルの振幅を劇的に増加させるよりも、後続するいくつかの複合同相及び直交信号サンプルの振幅を緩やかに増加させることにより、低いビット誤り率を達成できることを理解すべきである。これは、後続する単一サンプルの振幅の増加が、前述の所定最大値を超える振幅に帰結するときに、特に真となる。
【0052】
図6に関連して以下、この発明の更なる実施例を説明する。図6は、機能的な構成要素の詳細なブロックを示し、電気通信アプリケーション、特にCDMAシステムに存在する非常に高いデータ速度を有する2つの搬送波信号を処理できる可能システムの構成を示す。しかしながら、以上のように、この発明の実施例は、非常に高いデータ速度を提供すると共に、複合信号の振幅の制限を必要とする任意の他のシステムに使用されてもよい。
【0053】
前の図のように、2複合ディジタル搬送波信号C1及びC2によるこの発明の実施例が示されており、各信号は少なくとも1つの通信チャネルを介して送信されるディジタル符号化情報を含む。第1の搬送波信号は、ディジタル表示された複合信号成分Xi1、Xq1により構成され、第2の搬送波信号は、ディジタル表示された複合信号成分Xi2、Xq2により構成される。任意数の通信チャネルΦνを組み合わせて各複合ディジタル搬送波信号C1、C2を形成することができる。各複合搬送波信号は、それぞれ搬送周波数を異にするW−CDMA信号であってもよい。前の実施例において概説したように、例えば同一のアンテナを介して送信する前に、共通の高電力増幅器により、同時に両搬送波を増幅することを意図している。
【0054】
複合送信信号を高効率により振幅制限するために、通信チャネル信号C1、C2の振幅r1、r2は、2つの振幅予測装置610a、610bを備えた振幅予測手段610により予測される。続いて、両振幅r1、r2は、決定手段620に供給されて、複数の予測振幅に基づいて、例えば任意の他の動作の加算動作により最大振幅rを計算し、かつ少なくとも最大振幅に基づいて、少なくとも1つの振幅スケーリング係数を決定する。
【0055】
この実施例によれば、第1の振幅スケーリング係数S1は、第1のルックアップ・テーブル621を使用して決定され、第2の振幅スケーリング係数S1は、第1のルックアップ・テーブル622を使用して決定される。2つのスケーリング係数S1、S2は、2つのスケーリング装置631、632を備えたスケーリング手段630に供給されて、2つのスケーリング係数S1、S2に基づいて複数の複合ディジタル搬送波信号の各複合成分をスケーリングすることにより、振幅制限を実行する。
【0056】
スケーリング係数を決定するために必ずしもルックアップ・テーブルを使用する必要性はなく、他の任意のデータ提供手段を使用してもよいことに注意すべきである。
【0057】
第1のスケーリング装置631は、粗クリップ動作において、複数の複合ディジタル搬送波信号の各ディジタル表示複合成分のスケーリングを、これら成分のディジタル表示における所定数の下位有効ビットを削除することにより実行することができ、その所定数は第1の振幅スケーリング係数S1により決定される。また、スケーリング手段630は、例えばレジスタにおいて、第1の振幅スケーリング係数S1により決定される所定数のレジスタ位置だけ、複合成分のディジタル表示をシフトすることにより、下位有効ビットの削除を達成することもできる。
【0058】
第2のスケーリング装置632は、粗クリップ動作後に実行される精密クリップ動作において、複合搬送波信号成分の各ディジタル表示を第2の振幅スケーリング係数S2と乗算することができる。
【0059】
少なくとも1つのスケーリング係数S1、S2は、更に、増幅器のクリップ振幅の関数であってもよく、またクリップ振幅は、パルス整形フィルタの関数であってもよい。
【0060】
振幅制限複合通信信号C1*、C2*は、組み合わせ手段(図示せず)を使用して組み合わせられて、例えば無線周波帯内で送信するための送信信号を発生させる。
【0061】
以下、図6の実施例の前述の成分を詳細に説明する。
【0062】
振幅予測手段610は、組み合わせ手段から2つの複合搬送波信号C1、C2を表す複合信号成分Xi1、Xq1、Xi2、Xq2を受信して振幅予測を実行する。信号の複合成分に基づいて複合信号の振幅を予測するために高速かつ非常に効率的な方法は、例えば、電子計算機におけるIRIトランザクション、EC−8、1959、第330頁〜第334頁、ボルダー(J.E.Volder)、「CORDIC 三角計算技術(CORDIC Trigonometric Computing Technique)」により、当該技術分野において知られているように、CORDICアルゴリズムを使用して実行されてもよい。このCORDICアルゴリズムは、複合信号の振幅の反復予測を実行可能にする。要するに、複合信号のベクトルを複素座標図の実軸と一致するように回転させる。その点において、実信号成分の大きさは、信号の全振幅を表している。
【0063】
その代わりに、この実施例では、原則として、他の任意の予測アルゴリズムを使用できても、CORDICアルゴリズムを使用して振幅を予測するものとみなされる。
【0064】
高効率及び高速に振幅を予測する場合に、複合信号C1、C2の各振幅を個別的に予測するために、2つの振幅予測手段610a、610bが設けられる。しかしながら、十分に高速な振幅予測装置が入手可能な場合には、信号C1、C2の両振幅を予測するために単一装置を使用することができる。
【0065】
振幅予測手段610a、610bは、搬送波信号C1、C2の複合成分の各ディジタル表示対に基づいて複合搬送波信号の振幅予測を実行する。この例において、振幅予測手段610a、610bは、CORDICアルゴリズムに従った振幅の予測を反復的に、少なくとも2回の反復により実行する。実験的には、CORDIC方法に従った3回の反復により既に、高精度の予測結果を発生することを示すことができる。しかしながら、一般的には、2回の反復又は多数回の反復を利用することができる。
【0066】
CORDICアルゴリズムは、ハードウェアにより直接実施するように設計され、シフト及び加算機能のような最小のハードウェアのみ必要とする。この振幅予測の精度は、CORDICにおいて使用される反復回数により定義される。反復回数が多ければ、予測誤りもそれだけ少ない。4回の反復を使用すると、最大誤りは約3%となる。
【0067】
加えて、CORDICアルゴリズムは、下記の量による正しい結果を考慮して各予測結果について固有のスケーリングを有する。
【0068】
【数6】
【0069】
ただし、AcordはCORDIC結果であり、Ncordは反復数であり、Avectorは信号ベクトルの真の大きさである。粗クリップ及び精密クリップ用に値Aclipを選択したときは、このスケーリング係数を考慮する必要がある。
【0070】
例えば、3反復の場合は、更に正確な予測振幅r1をr1=x3/2.6562+εによって与えてもよい。ただし、εは予測誤りである。しかしながら、割り算のステップを直接計算する必要性はなく、この実施例により振幅を制限する後のステップにおいて考慮されてもよい。
【0071】
CORDIC方法による3反復を実行する場合に、X0が実信号成分の大きさを表し、かつY0が虚信号成分の大きさを表すときは、第1の反復において、複合信号成分X1、Y1の第1の予測を下記のように表すことができる。
【0072】
【数7】
【0073】
第2の反復において、複合信号成分X2、Y2の第2の予測を下記のように表すことができる。
【0074】
【数8】
【0075】
また、第3の反復において、実信号成分X3を下記のように表すことができる。
【0076】
【数9】
【0077】
実成分X3の第3の予測は、複合振幅X0、Y0を有する信号の振幅の良好な予測を既に発生している。
【0078】
以上で述べたように、十分に高い精度により複合信号の振幅を予測することは、正確な数学計算で必要とするときのように、2つの信号成分の平方根を計算するための複合回路なしに、少数のステップにより実行可能とされる。振幅予測のために、例えばASICとして実現される各予測装置は、以上の加算、引き算及びシフト動作を実行するために必要なハードウェアを備えるだけでよい。
【0079】
以上で説明したようにして、各複合信号の振幅を決定した後に、予測手段は、更なる処理のために決定手段620に対して2つの予測振幅r1、r2を出力する。この決定手段は、複数の予測振幅に基づいて最大振幅rを決定し、かつ最大振幅rに基づいて少なくとも1つの振幅スケーリング係数S1、S2を決定する。スケーリング係数は、更に、増幅器のクリップ振幅に基づくものであってもよい。最大振幅は、加算ステップにおいて予測手段から受信した振幅r1、r2を加算することにより、計算されてもよい。加算ステップにおいて加算する前に、重み付け係数を使用して、振幅を個々に重み付けすることができる。
【0080】
(異なる搬送周波数を有する)2つの被変調搬送波の和による最大可能振幅rは、下記により与えられる。
【0081】
【数10】
【0082】
理想的な振幅コントローラは、各複合搬送波信号成分を振幅値rにより割り算をし、かつその結果を全ての例において所望の最大値Aclipによりスケーリングする。ただし、実際の振幅rは、定義した制限Aclipを超える。
【0083】
しかしながら、高いサンプリング周波数のために受け入れ可能な努力によっても以上の割り算動作をハードウェアにおいて実行することはできないので、決定手段は、連続する2ステップにおいて、第1及び第2のスケーリング係数、S2を発生して複合信号成分をスケーリングするように適応される。この実施例において、このスケーリングは、粗クリップ動作及び精密クリップ動作においてスケーリング手段630により実行される。
【0084】
これらの振幅スケーリング係数は、動作中に計算される必要はなく、予め計算してルックアップ・テーブルに記憶して置くことができる。これは、必要とする計算ステップ数を大きく減少させる。従って、決定手段620は、第1のルックアップ・テーブル621を備えて第1の振幅スケーリング係数S1を決定するようにしてもよい。次いで、第1の振幅スケーリング係数S1が粗クリップ動作を実行するスケーリング手段に出力される。
【0085】
粗クリップ動作において、信号成分即ちベクトルは、粗スケーリングを実行するために、2の累乗によってスケーリングされる。粗クリップ動作では、複数の複合ディジタル搬送波信号のディジタル表示複合成分のスケーリングをその成分のディジタル表示の所定数の下位有効ビットを削除することにより実行することができ、その所定数は第1の振幅スケーリング係数S1により決定される。また、スケーリング手段は、第1の振幅スケーリング係数S1により決定された所定数のレジスタ位置だけ、レジスタにおける複合成分のディジタル表示を(右へ)シフトすることにより、下位の有効ビットの削除を達成してもよい。例えば、このスケーリングは、ディジタル・ハードウェアにおいて単純な右シフト動作により実行されてもよい。
【0086】
スケーリングは、好ましくは、最大振幅rがあるしきい値、例えばAclipを超えるときにのみ、実行される。
【0087】
理想的には、第1の振幅スケーリング係数S1からなる必要シフト数は、次式により計算される。
【0088】
【数11】
【0089】
ただし、S1は第1のスケーリング係数を表し、log2は対数2(2を底とする対数)を表し、rは最大振幅であり、Aclipはクリップ振幅である。(floor)は、次の引き数より大でない最大整数を計算することを指示する。即ち、S1は、log2(r/Aclip)より小さい最大整数として決定される。粗クリップは、第1のスケーリング装置631による右シフト動作又は複合搬送波信号成分を表すために使用されている所定数のビットを削除する他の任意の動作により実行される。
【0090】
log2の動作は、表1に示すようにルックアップ・テーブルを使用して実施されてもよい。
【0091】
【表1】
【0092】
粗スケーリングに必要とする最高シフト数S1maxは、振幅rの最大値により与えられ、振幅rはQrビット数及びAclipの値により表される。
【0093】
【数12】
【0094】
表1は、第1の振幅スケーリング係数S1を決定するための第1のルックアップ・テーブルの好ましい実施例を単に表していることに注意すべきであり、異なる構造のルックアップ・テーブルも可能である。例えば、異なるS1maxを使用することができる。更に、本発明の概念から逸脱することなく、第1のスケーリング係数を決定する異なる技術を利用することもできる。
【0095】
第1のスケーリング係数が決定されると、両搬送波C1及びC2の全ての成分Xi1、Xq1、Xi2、Xq2が以下のようにスケーリングされる。
【0096】
【数13】
【0097】
ただし、≫は、当該技術分野において知られているように、右シフト動作を表す。この実施例において、このスケーリングは、好ましくは、第1のスケーリング631により実行される。
【0098】
この粗クリップ動作後に、許容振幅Aclipより高い元の最大振幅rを有する全てのベクトルは、範囲[Aclip;2Aclip]にある振幅を有し、かつ第2のスケーリング装置632により精密クリップ・ステップで処理される。
【0099】
粗クリップのステップの後は、複合信号ベクトルはAclipと2Aclipとの間のスケーリングされた振幅をもっており、第2のスケール・ユニット632により精密なクリップ・ステップで処理される。
【0100】
第2のスケーリング係数S2を決定するために、決定手段は、更に、第2のルックアップ・テーブル622を備えることができる。第2のスケーリング係数S2は、粗クリップ動作後に実行される精密クリップ動作において、信号成分と乗算するときの重み付け係数を構成する。適当な第2のスケーリング係数は、例えば、S2∈[0,5;1]でよい。精密クリップの精度は、第2のスケーリング係数S2を表すために使用されるビット数により決定される。Qがビットにより定義される第2のスケーリング係数S2の精度となるときは、第2のスケーリング係数S2及び有効となる振幅範囲は、次式により与えられる。
【0101】
【数14】
【0102】
ただし、n∈[0,2Q−2]は、範囲aclip<(r≫S1)≦2Aclipにおいて割り付けられた間隔数である。
【0103】
第2のルックアップ・テーブル622は、上式を使用して定義されてもよい。表2では、Q=3の場合についての1例を与える。
【0104】
【表2】
【0105】
表2は、第2のスケーリング係数S2を決定するための第2のルックアップ・テーブルの好ましい実施例を単に表し、異なる構造のルックアップ・テーブルが可能であり、例えば、第2のスケーリング係数S2を決定するためにルックアップ・テーブル用の多数のエントリを利用してもよいことに注意すべきである。
【0106】
図6に関連して示し、かつ説明した機能的な要素は、ハードウェアに、例えばASICを使用して受け入れ可能な労力により実施されてもよい。計算は、CDMAシステムで見られるように、非常に高いデータ速度に適応するために、十分な速度により実行されてもよい。
【0107】
この実施例を2搬送波信号により説明したが、一般的には、任意数の搬送波信号を処理することができる。
【0108】
複合搬送波信号の振幅を決定するため、及びスケーリング係数を決定するための計算負荷を更に軽減させるために、第1のスケーリング装置631により実行されたものと類似した、振幅制限中に中間的な結果を表すために必要なビット数を減少させるいくつかのシフト動作を実行してもよい。
【0109】
図7には、図6に関連して説明したものと類似し、計算負荷の更なる軽減を可能にする装置を付加的に備えた本発明の更なる実施例が示されている。
【0110】
予測手段610により実行されるCORDIC予測動作において搬送波信号の振幅を予測するために、搬送波信号の複合成分のディジタル表示の全分解能は、必要でない。更に、CORDICの予測に、複合信号成分の符号は必要でない。
【0111】
従って、振幅を予測する前に、搬送波信号の複合信号成分の絶対値が第1の軽減手段615a、615bにより決定されてもよい。更に、第1の軽減手段615a、615bは、粗スケーリングに関連して概説したものに類似したシフト動作により、複合信号成分の表示に必要とするビット数を削減させてもよい。
【0112】
同様に、少なくとも1つのスケーリング係数を計算するために、搬送波信号の予測振幅の全分解能は必要でなく、従って、第2の軽減手段616a、616bは、またも粗スケーリング・シフト動作に類似した更なるシフト動作において、搬送波信号の増幅を表すために必要とするビット数を減少させる。
【0113】
従って、2チャネルC1、C2の振幅の予測は、成分Xi1、Xq1、Xi2及びXq1の符号を削除すると共に、例えば、シフト動作により、複合信号成分の大きさを付加的に減少させることができるステップにより、開始される。これは、CORDICアルゴリズムの複雑さを軽減可能にする。
【0114】
更に、図7の決定手段は、図6に関連して概説した成分に加えて、第2の振幅スケーリング係数S2を決定する前に、最大振幅のディジタル表示のために使用されたビット数を削減する第3の軽減手段623を付加的に含む。これは、第1のルックアップ動作において決定された第1の振幅スケーリング係数S1によって最大振幅rを右シフトすることにより、達成可能である。
【0115】
従って、予測した振幅値rは、r’がスケーリングされる。
【0116】
【数15】
【0117】
従って、表3に示すように、第2のルックアップ・テーブル622を書くことができる。
【0118】
【表3】
【図面の簡単な説明】
【図1】 例えば、組み合わせ器、本発明の一実施例による振幅制限、パルス整形フィルタ及びI−Q変調を含む送信機構造を示す。
【図2】 異なる搬送周波数を有する2つの複合搬送波信号から最大振幅を決定することを示す概要図である。
【図3】 振幅制限あり及びなしにより送信信号の複合バージョンの振幅分布を示した2つのシンボル配置図を示す。
【図4】 この発明の一実施例の振幅制限装置を示す。
【図5】 この発明による振幅制限装置の更に他の実施例を示す。
【図6】 対応するハードウェア構成の機能ブロックを示す更に詳細なこの発明の一実施例を示す。
【図7】 ハードウェア構成の更に詳細な機能ブロックを示すこの発明の更なる実施例を示す。
【図8】 送信信号を発生する既知の方法を示す。
Claims (20)
- 送信信号の振幅を制限する装置であって、
複合信号成分(Xi1、Xq1、Xi2、Xq2)に基づいて複数の複合ディジタル搬送波信号(C1、C2)の各振幅(r1、r2)を予測する予測手段(150、610)にして、各信号が少なくとも1つの通信チャネル(Φ11、Φ1N、Φ21、Φ2N)を介して送信されるディジタル符号化情報を含む予測手段と、
予測された複数の振幅に基づいて最大振幅(r)を計算し、かつ前記最大振幅(r)に基づいて少なくとも1つの振幅スケーリング係数(S1、S2)を決定する手段(620、621、622)と、
前記少なくとも1つの振幅スケーリング係数(S1、S2)に基づいて前記複数の複合ディジタル搬送波信号(C1、C2)の各複合信号成分(Xi1、Xq1、Xi2、Xq2、)をスケーリングするスケーリング手段(630、631、632)と、
振幅制限された複数の複合搬送波信号を組み合わせて送信信号を形成する組み合わせ手段と、
を有する装置。 - 前記予測手段は、CORDICアルゴリズムに従って前記振幅の予測を少なくとも2回の反復により、反復的に実行することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記予測手段に前記複合信号成分を供給する前に、前記複合搬送波信号成分の表示に使用されたビット数を減少させ、かつ前記複合成分の絶対値を決定する第1の減少手段(615a、615b)と、
予測された振幅のディジタル表示に使用されるビット数を減少させる第2の減少手段(616a、616b)と、
を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の装置。 - 前記少なくとも1つの振幅スケーリング係数(S1、S2)は、更に、増幅器のクリップ振幅の関数であり、かつ前記クリップ振幅は、パルス整形フィルタの関数であることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの振幅スケーリング係数(S1、S2)は、前記最大振幅を前記クリップ振幅により割り算した値の2を底とする対数よりも小さい最大整数として決定されることを特徴とする請求項4に記載の装置。
- 前記決定手段(620、621、622)は、前記最大振幅に基づいて第1の振幅スケーリング係数を決定する第1のルックアップ・テーブル(621)を備え、
前記スケーリング手段(630、631、632)は、粗クリップ動作において、前記成分のディジタル表示の所定数の下位有効ビットを削除することにより、前記複数の複合ディジタル搬送波信号のそれぞれのディジタル表示された複合成分のスケーリングを実行し、該所定数は前記第1の振幅スケーリング係数(S1)により決定されることを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の装置。 - 前記スケーリング手段(630、631、632)は、前記第1の振幅スケーリング係数により決定された前記所定数のレジスタ位置だけ、レジスタにおける複合成分のディジタル表示をシフトすることにより、下位有効ビットの削除を達成することを特徴とする請求項6に記載の装置。
- 前記決定手段(620、621、622)は、第2のスケーリング係数を決定する第2のルックアップ・テーブル(622)を備え、
前記スケーリング手段(630、631、632)は、粗クリップ動作後に実行される精密クリップ動作において、前記複合成分のそれぞれのディジタル表示を前記第2の振幅スケーリング係数により乗算することを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載の装置。 - 前記第2の振幅スケーリング係数を決定する前に、前記最大振幅のディジタル表示に使用されるビット数を削減させる第3の減少手段(623)を有することを特徴とする請求項8に記載の装置。
- 前記複数の振幅制限複合ディジタル搬送波信号のそれぞれをパルス整形するフィルタ手段と、
前記複数の振幅制限複合ディジタル搬送波信号を組み合わせて符号分割多元接続(CDMA)信号を発生する手段と、
を有することを特徴とする請求項1乃至請求項9の何れか一項に記載の装置。 - 送信信号の振幅を制限する方法であって、
複合信号成分(Xi1、Xq1、Xi2、Xq2)に基づいて複数の複合ディジタル搬送波信号(C1、C2)のそれぞれの振幅を予測するステップにして、各信号は少なくとも1つの通信チャネル(Φ11、Φ1N、Φ21、Φ2N)を介して送信されるディジタル符号化情報を含むステップと、
予測された複数の振幅(r1、r2)に基づいて最大振幅(r)を計算するステップと、
前記最大振幅(r)に基づいて少なくとも1つの振幅スケーリング係数(S1、S2)を決定するステップと、
前記少なくとも1つの振幅スケーリング係数(S1、S2)に基づいて前記複数の複合ディジタル搬送波信号(C1、C2)の各複合信号成分(Xi1、Xq1、Xi2、Xq2、)をスケーリングするステップと、
振幅制限された複数の複合搬送波信号を組み合わせて前記送信信号を形成する組み合わせるステップと、
を有する方法。 - 少なくとも2つの反復によりCORDICアルゴリズムに従って前記振幅の予測を反復的に実行することを有することを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記振幅予測のために前記複合信号成分を処理する前に、前記複合成分の絶対値を決定すること、
前記複合信号成分の表示に使用されるビット数を削減すること、
前記予測振幅のディジタル表示のために使用されるビット数を削減すること、
を有することを特徴とする請求項11又は請求項12に記載の方法。 - 前記少なくとも1つの振幅スケーリング係数(S1、S2)は、更に、増幅器のクリップ振幅の関数であり、かつ前記クリップ振幅は、パルス整形フィルタの関数であることを特徴とする請求項11乃至請求項13の何れか一項に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの振幅スケーリング係数(S1、S2)は、前記最大振幅を前記クリップ振幅により割り算した値の2を底とする対数よりも小さい最大整数として決定されることを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 第1のルックアップ・テーブルを使用して前記最大振幅に基づいて第1の振幅スケーリング係数(S1)を決定すること、
粗クリップ動作において、前記成分のディジタル表示の所定数の下位有効ビットを削除することにより、前記複数の複合ディジタル搬送波信号の各ディジタル表示複合成分のスケーリングを実行し、該所定数は前記第1の振幅スケーリング係数により決定されること、
を有することを特徴とする請求項11乃至請求項15の何れか一項に記載の方法。 - 前記スケーリング手段は、前記第1の振幅スケーリング係数により決定された所定数のレジスタ位置だけ、レジスタにおける複合成分のディジタル表示をシフトすることにより、下位有効ビットの削除を達成することを特徴とする請求項16に記載の方法。
- 第2のルックアップ・テーブルを使用して第2のスケーリング係数(S2)を決定すること、
粗クリップ動作後に実行される精密クリップ動作において、前記複数の複合成分の各ディジタル表示を前記第2の振幅スケーリング係数により乗算すること、
を有することを特徴とする請求項11乃至請求項17の何れか一項に記載の方法。 - 前記第2の振幅スケーリング係数を決定する前に、前記最大振幅のディジタル表示に使用されるビット数を削減することを有することを特徴とする請求項18に記載の方法。
- 前記複数の振幅制限複合ディジタル搬送波信号のそれぞれをパルス整形すること、
前記複数の振幅制限複合ディジタル搬送波信号を組み合わせて符号分割多元接続(CDMA)信号を発生すること、
を有することを特徴とする請求項11乃至請求項19の何れか一項に記載の方法。
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