JP4261367B2

JP4261367B2 - ベースバンド変換を使用して送信機の性能を改善する方法および装置

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Publication number: JP4261367B2
Application number: JP2003579378A
Authority: JP
Inventors: トーマスピンクレイ、ダニー; マイケルマクベス、ショーン
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Filing date: 2003-02-07
Publication date: 2009-04-30
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Description

本発明は、概して、通信システムに関し、特にベースバンド変換を使用して送信機の性能を改善する方法および装置に関する。

通信システム及び特に無線通信システムでは、送信機が一つの構成または別の構成を採る必要がある。送信機及び特に高電力送信機、特に電力増幅器（ｐｏｗｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ：ＰＡｓ）は電力の観点からすれば、通信システムの高価で、かつ大きなストレスを受ける構成要素の一つである。アンテナ・システムにかなり深く関係する電力増幅器（ＰＡｓ）の観点からすると、電力増幅器は、例えば不整合及び気象変動または稲妻現象のようなアンテナの異常によって電力を浪費してしまう。このような理由により、送信機または電力増幅器は幾つかのシステム構成要素に比べるとかなり高い確率で故障してしまう、または高い故障率を示す。これらの高電力送信機は通常、基地局において使用される。携帯電話などの通信システムにおいて見られるような基地局は、何百、恐らくは何千の顧客に満足の行くサービスを提供する際のキーとなるリンクである。

従って、通信事業者またはサービスプロバイダ、或いはネットワーク事業者は送信機故障を起こすような余裕は無いので、故障を防ぐ、または故障発生時に少なくともサービス停止を防ぐために労を厭わない。従って、ほとんどの基地局提供者は、彼らが市場に供給する基地局内の電力増幅器に関して或る構成の冗長性を利用する。ごく最近、幾つかの製造業者は無線周波数フーリエ変換マトリクス（ＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍＭａｔｒｉｃｅｓ：ＦＴＭｓ）を使用して、この冗長性を実現している。フーリエ変換マトリクス（ＦＴＭｓ）は位相シフト済み入力信号を合成して複数の出力信号を供給し、次にこれらの出力信号を増幅し、そして別の無線周波数ＦＴＭを通過させて増幅済み信号を増幅済み原入力信号に分解する。従って、一つの電力増幅器（ＰＡ）が故障すると、残りの電力増幅器（ＰＡｓ）は入力信号の増幅を継続して行ない、そして増幅済み信号を供給することによりサービス停止を防止する。この構成は、電力増幅器毎に冗長性を持たせて装置として全ての冗長性を備えるよりも、経済的である。しかしながら、これでも依然として問題が残る。

今日では多くの通信システムは、これらのシステムが複雑な変調方式を利用し、この方式により送信無線信号の振幅及び位相変動を規定するので、線形電力増幅器を必要とする。それ自体が線形電力増幅器（ＰＡｓ）を必要とする訳ではないが、フーリエ変換マトリクス（ＦＴＭｓ）を使用するシステムにおいても、増幅されることになる合成済み位相シフト信号の振幅変動が観察されるので、線形電力増幅器（ＰＡｓ）が必要となる。線形電力増幅器（ＰＡｓ）は構成するのが非常に困難であり、非常に高く付く。増幅器がある程度の線形性を示す必要のある出力信号、すなわち入力信号の範囲を狭くすることにより、コスト及び困難性を制御、または抑えることができる。従来の増幅器システムでは、入力信号を処理して、これらの目標を達成するように機能する技術が知られているが、フーリエ変換マトリクス（ＦＴＭｓ）を採用する際に有効に機能する技術は知られていない。必要なのは、ベースバンド信号の変換を使用してベースバンド信号を処理し、特にＦＴＭを使用するマルチチャネル送信機の性能を改善する方法および装置である。

概括すると、本開示は通信システムに関するものであり、この通信システムは送信機を利用してサービスを通信ユニット、または特に通信システム内で動作する通信ユニットのユーザに提供する。特に、ベースバンド変換を使用して、負荷共有および冗長性のためにアナログ・フーリエ変換マトリックスを採用するマルチチャネル増幅器の性能を改善する方法および装置として具現化される種々の本発明のコンセプトおよび原理について説明し、開示する。特に着目する通信システムは、ＧＳＭ，ＧＰＲＳ，ＥＤＧＥ，ＴＥＴＲＡ，ｉＤＥＮ，ＣＤＭＡ，Ｗ−ＣＤＭＡ，ＣＤＭＡ２０００，２．５Ｇまたは３Ｇの各システムとして展開及び開発されたものであり、これらのシステムはＱＰＳＫ，ＤＱＰＳＫ，ＯＱＰＳＫ，ＢＰＳＫ，ＱＡＭ，及び拡散スペクトラム、またはこれらの方式の変形及び改良のような変調方式を使用するものであり、これらの変調方式はコスト効率が良く、かつ高可用性の線形送信機を必要とする。

以下にさらに詳細に説明するように、本発明の種々の原理およびその組み合わせは、ベースバンドのところで、増幅器に供給される信号を本質的に組立て、処理するのに有利に使用され、これらの原理またはそれに相当するものを使用する限りは、依然としてコスト・パフォーマンスがよく、高性能で、高利用度の送信機を容易に実現しながら、公知のシステムに関連する種々の問題を軽減する。

本開示は、本発明に従って種々の実施形態を作製し、そして使用するための最良のモードを実現可能な形でさらに説明するために行なわれる。本開示はさらに、本発明の原理及びこれらの原理の利点に関する理解及び評価を一層深めるために行なわれるのであり、決して本発明を制限するものではない。本発明は、本出願の係属中に為される全ての補正及び開示するこれらの請求項の全ての等価物を含む添付の請求項によってのみ定義される。

さらに、第１及び第２、頂部及び底部などのような関係を示す用語を用いるとすれば、これらの用語は一つのエンティティを別のエンティティから、または一つの作用から別の作用を区別するためにのみ使用され、必ずしも、これらのエンティティまたは作用の間のそのような実際の関係又は順序を必要とする、または意味するものではない。本発明の機能の多く、及び本発明の原理の多くは、ソフトウェアプログラムまたは命令を用いて、またはソフトウェアプログラムまたは命令の中で、そして特定用途向けＩＣのような集積回路（ＩＣｓ）を用いて、または集積回路の中で最良の形で実行することができる。当業者は、例えば利用可能な時間、その時点での技術、及び経済環境によりもたらされる相当な大きな努力及び多くのデザイン選択が生じ得るにも係わらず、本明細書が開示するコンセプト及び原理による示唆を得た暁には、このようなソフトウェア命令及びプログラム、及び集積回路を最小限の実験により容易に想到し得るであろう。従って、このようなソフトウェア及び集積回路についての更なる説明を行なうとしても、簡潔性及び本発明による原理及びコンセプトを不明瞭にしてしまうリスクを最小化するという見地から好適な実施形態の原理及びコンセプトに関する基本にとどめることとする。

図１を参照すると、通信システムの一部１００の略図が描かれている。図１は基地局１０１を示し、この基地局はアンテナ・システム１０３に相互接続されて通常の接続エリア１０５内のユーザとの接続を可能にする。図示のアンテナ・システム１０３は、６セクター、あるいはサービスエリアの範囲内でアレイを形成するマルチアンテナなどのような他の適切な構成もあり得るが、図示の３セクター１０７，１０９，１１１を備えるセクター利得システムであり、各セクターはほぼ１２０度の接続範囲を受け持つ。普通、基地局は全く異なる信号をアンテナの各セクターに供給し、そして恐らくは複数の信号を一つ以上のセクターに供給する。無指向性アンテナを使用する場合でも、基地局は多くの場合、複数の信号を無指向性構造に供給する必要がある。いずれにしても、基地局は、さらに１１３において、Ｔ１地上波リンクなどのような専用リンクを介して、基地サイト制御装置兼交換機及び最終的には公衆交換電話システムに接続される。

基本的に基地局は、携帯または移動機器の加入者装置またはユーザ、及びシステムまたはネットワークの陸または地上ベースの部分への、そして、これらからの無線リンクを処理する。通常、基地局は、通信兼制御機能部１１９、受信機機能部１１７及び送信機機能部１１５を含み、かつこれらの機能部に相互接続されると考えることができる。これらの機能部の各々は、その固有の役割が非常に複雑であり、かつ冗長システムを含む。受信機機能部またはブロック、及び送信機機能部またはブロックは必然的に数十の受信機及び送信機を含むことになる。これらの局及びアンテナ・システムは、通常、公知であり、モトローラ社などのような複数の供給業者から入手することができる。そして、送信機を本明細書に開示する原理及びコンセプトに従って変更及び構成する場合、改良性能及びコスト優位性が実現可能となる。

図２を参照しながら、送信機２００の好ましい実施形態の簡単なブロック図について以下に説明する。図２の送信機は、冗長用の電力増幅器としてＦＴＭを使用したマルチチャネル送信機であり、そのマルチチャネル送信機は、全てベースバンド変換によるものであるピーク消費電力または予め歪みを与えた入力信号等の低減により、その性能が向上し、送信機内の増幅器を駆動するのに適当な信号を供給する。マルチチャネル送信機は、複数の並列経路および増幅器段を有する送信機として使用され、その増幅器段は変換マトリックス（ＴＭ）により生成された信号を増幅するか、あるいは、好適には、フーリエＴＭ（ＦＴＭ）またはバトラー・マトリックス等のアナログまたは無線周波マトリックスであるＴＭを駆動するのに適用されるか、または特に適している。一般的に、性能が改善されたのは、増幅器に送られて、そこで増幅されて増幅信号となるベースバンド信号のピーク対平均比（ＰＡＲ）を制限することによりピーク電力が低減されたことか、あるいは増幅器からの望ましくない結果を相殺する増幅器へ入力信号を供給するためのベースバンド信号の先行歪みによるものか、または、おそらく他のベースバンド処理技術によるものである。ベースバンド処理の一つの追加要素は、ベースバンド信号を補償して、増幅器への種々の信号経路内または送信機を介しての変動に対処する補償機能部である。処理はベースバンドのところで行われるが、従来のような入力信号の処理ではなく、入力信号はベースバンドＴＭを最初に通過し、処理され、第２のベースバンドＴＭを通過する。各ＴＭは、好ましくはデジタル・ベースバンドＦＴＭである。

電力増幅器に冗長性を与えるためにアナログ・フーリエ変換マトリックスを使用する、性能が改善されたマルチチャネル送信機は、ベースバンド信号を処理して、マルチチャネル送信機の増幅器段を駆動するための適当な低レベル信号を供給する装置２０１を含む。この装置は、変換マトリックス（ＴＭ）を含むが、このＴＭは、好適には、少なくとも一つの入力信号に接続され、かつ処理ユニット２０５に接続されているデジタル・フーリエＴＭ（ＦＴＭ）２０３である。処理ユニット２０５は、バースバンド処理を行って修正された信号を第２のＴＭ、好ましくは第２のＦＴＭ２０７に供給する。第２のＦＴＭ２０７は、ＦＴＭ２０３を倒置したものであり、ピークが制限された出力信号を分解して、ミキサ２０９に出力ベースバンド信号を供給する。これらのベースバンド信号をミキサ２０９に供給する。ミキサ２０９は、これらのバースバンド信号を無線周波信号に変換し、その無線周波数信号は第１のアナログ、即ちＲＦＦＴＭ２１１に接続され、そのＲＦＦＴＭ２１１は無線周波数信号の位相シフトしたものの組み合わせを含む増幅器入力信号を供給する。これらの増幅器入力信号は、増幅器２１３により増幅され、続いて、増幅済みの出力信号が分解される。より正確には、増幅済みの出力信号は、無線周波、即ち第２のアナログＦＴＭ２１５にて、あるいは、により再構成され、アナログＦＴＭ２１５は、１０３のようなアンテナ構造を駆動するための送信信号２５１を供給する。

以下の説明の多くの部分または全体においては、ベースバンドにて使用されるＴＭ、およびＦＴＭ２１１、２１５のような無線周波で使用されるＴＭは、好ましい実施形態としては、ＦＴＭであると仮定する。しかし、同様に良好に動作する多数のタイプのＴＭがある。例えば、公知のバトラー・マトリックスも同様に良好に動作する。増幅器２１３を囲む入力マトリックスおよび出力マトリックスのためにどのようなタイプのＴＭが選択されても最適の性能を得るためには、ベースバンドにて使用されて、本発明による原理およびコンセプトの全利益を実現するマトリックスの形式が決定される。さらに、重要なことは、ベースバンドＴＭは入力対入力で駆動され、それ故、信号が出力対出力で生成され、ＲＦＴＭが対応する形で入力対入力で駆動され、このようにして送信信号が出力対出力で生成されることである。

より詳細に説明すると、ＦＴＭ２０３およびＦＴＭ２０７は、好適には、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）または特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）またはそれらの組み合わせを介してソフトウェアで具体化されるデジタルＦＴＭである。ＦＴＭ２０３は、少なくとも一つの入力信号２１７、好適には、複数の入力において複数の信号２１７〜２１９に接続され、複数の出力信号、即ちＦＴＭ出力信号２２１を供給する。この場合、各出力信号は、一つ以上の入力信号の位相シフトしたバージョンの組み合わせを含むが、好適には、以下にさらに詳細に説明するＦＴＭ技術による複数の入力信号を含むことが好ましい。一つまたは複数の入力信号は、好適には、ベースバンド信号、または一つ以上の無線チャネルにより送信するための信号である。この場合、一つのチャネルは、特定のサービスエリア内の、または、への範囲を供給するための一つ以上の搬送波として解釈される。

典型的な例としては、それぞれが、１０７、１０９または１１１等の複数のセクタのうちの一つのセクタ内で、一つ以上の搬送周波数により、送信のための符号分割、時分割、周波数分割多重アクセス・ベースバンド信号を含む複数の入力信号がある。ＦＴＭは、利用可能な入力信号よりもより多くの利用可能な入力を有することができることに留意されたい。その場合、残りまたは余分な入力は、単に適当なインピーダンスで終端処理される。この場合、出力ＦＴＭは、出力信号よりも多くの出力を有し、この場合、余分な出力は終端処理される。例えば、４つの入力と４つの出力とを意味する４×４マトリックスが通常使用される。この場合、送信機が、１０３のような３つのセクタを有するアンテナ・システムを駆動していた場合には、ラインナップ内の各ＦＴＭの一つの入力および一つの出力は、実際の信号に接続しているか、または実際の信号を供給する他の３つと一緒に終端処理される。

ＣＤＭＡラインナップが通常使用されるが、本明細書に記載する原理およびコンセプトは、ピーク制限または予備歪み等のベースバンド処理による歪みに変調が耐えることができるか、または耐える程度のものである場合、使用する特定のタイプの変調およびチャネル・アクセスが何であれ、使用することができ、かつ同様に有利である。例えば、ＣＤＭＡの他に、変調および、ＴＤＭＡまたはＦＤＭＡ等のアクセス方法、従って、ＧＳＭ、ＧＰＲＳ、ＥＤＧＥ、ＴＥＴＲＡ、ｉＤＥＮ、ＣＤＭＡ、Ｗ−ＣＤＭＡ、ＣＤＭＡ２０００、２．５Ｇおよび３Ｇ用に種々に使用されるベースバンド信号にも同様に良好に動作する。

装置２０１、および特に処理ユニット２０５は、複数のベースバンド処理機能部を含み、それらの各々は、複数の出力信号２２１のうちの一つに接続している。処理ユニットは、所定のアルゴリズムにより、ＦＴＭ２０３からの各出力信号を処理し、修正するように動作して、出力信号の線形電力増幅器への互換性を高め、または要求を少なくするようにする。このような処理の例としては、複数のＦＴＭ出力信号の各々に対する一つのピーク値またはすべてのピーク値を制限すること、または所定のアルゴリズムを用いて複数の出力信号に予備歪みを付与して、複数の修正済みの出力信号２２５を供給することが含まれる。

図３〜図６を参照しながら、以下にさらに詳細に説明するように、制限に対する好適なアプローチは、各ＦＴＭ出力信号のピークを制限するように動作するクリッピング機能部を使用することである。このクリッピング機能部は、いわゆるウィンドウ化したクリッピング機能部であることが好ましく、そのウィンドウ化したクリッピング機能部は、所定の機能によりピーク値が修正済みの各出力信号２２５に対する所定の値を超える確率を下げてピークを制限するように動作する。クリッピング機能部の後に、そのクリッピング機能部の出力に接続されたフィルタを設けて、クリッピング機能部に起因する望ましくない信号を低減すれば、増幅器または送信機の性能をさらに改善することができる。フィルタの後に、フィルタの出力に接続された第２のクリッピング機能部を設けて、各ＦＴＭ出力信号のフィルタリング済みのもののピークをさらに制限するように動作させることで、性能はさらに改善される。この機能は、小さなピークのみがクリップまたは制限される軽度のクリッピング装置と見なされる。

先行歪みを使用する例としては、処理ユニットの２０５は、先行歪み機能により出力信号を修正する。先行歪み機能は、所定の機能により各出力信号に先行歪みを与えて、増幅器の非直線性がある形でモデル化された種々の非直線性に起因する送信信号に対する影響を低減する。例えば、増幅器の利得は、逆指数に相似している伝達曲線により、より高い入力信号レベルにて低下することは周知である。それ故、指数相似曲線により入力信号を形成または先行歪みを与えることができ、それにより、増幅器の非直線性による出力信号に対する影響が軽減する。これを増幅器の直線化または増幅器を直線化と呼ぶ。先行歪みは、通常、位相の先行歪み、および振幅を含んでいる。何故なら、増幅器による位相シフトにより入力信号の振幅も変化するからである。

修正済みの出力信号２２５は、好適には、直接、または補償機能部２０６及び補償及び修正済みの出力信号２２７を介して第２のＦＴＭ２０７に接続され、第２のＦＴＭ２０７は、修正済みの出力信号を分解して、少なくとも一つ、好ましくは複数の出力ベースバンド信号２２９を供給するように動作する。複数の出力ベースバンド信号の各々は、１対１で入力信号２１９〜２１７にそれぞれ対応し、この場合、ＦＴＭプロセスの結果により順序は逆になっている。それ故、ＦＴＭ２０３における各入力ベースバンド信号に対しては、ＦＴＭ２０７における一つの出力ベースバンド信号が対応する。

好ましくは修正マトリックスである補償機能部２０６は、図２に示すように、複数の修正済みの出力信号、または第２のＦＴＭ２０７（図示せず）からの出力ベースバンド信号のうちのいずれか一方に相互接続され、フィードバック信号２２６により、複数の修正済みの出力信号または出力ベースバンド信号を含むように接続された信号群を補償するように動作可能である。図に示すように、補償機能部２０６が、処理ユニット２０５と第２のＦＴＭ２０７の間に相互接続している場合には、以下に説明するように、フィードバック信号２２６により、補償機能部およびサンプラー（ｓａｍｐｌｅｒ）間の複数の経路での変動に対応して、複数の修正済みの出力信号を補償するように動作可能に配置されている。補償機能部が、出力ベースバンド信号（図示せず）に接続され、ミキサ２０９の前に位置している場合、補償機能部は、好適には、フィードバック信号２２６により、ここに接続されている補償機能部とサンプラーとの間の複数の経路の変動に対応して、出力ベースバンド信号を補償するように動作可能である。補償機能部は、フィードバック信号を介しての一定または変動する利得および位相補償が、補償がどこで行われるかに応じて、複数の修正済みの出力信号および出力ベースバンド信号のうちの一つからの各信号に適用されるような比較的簡単な状況から、変調のタイプ、シンボル・レート、ベースバンド処理等に関するフィードバック情報、及び想定されるフィードフォワード情報を含む比較的複雑な状況までをカバーすることができる。

出力ベースバンド信号は、ミキサ２０９に送られ、ここで、これらの信号は、複数の無線周波信号２３１に変換される。図に示すように、ミキサ２０９は、複数のミキサ列を備え、ミキサ列の各々は、第２のＦＴＭからの出力ベースバンド信号のうちの一つ、または別の装置の補償機能部に接続され、対応する無線周波信号２３１を供給する。最上部のミキサについて説明すると、各ミキサは類似のミキサであり、出力ベースバンド信号は、適当なフィルタリング（特に図示せず）の前にあるデジタル−アナログ変換器２３３によりアナログ信号に変換され、このアナログ信号およびＬＯ信号２３５は、公知のミキサ２３７に送られ、ここでアナログ信号の周波数が、送信に適している無線周波にアップ変換される。上記ミキサの後には、一般的に公知である周波数選択利得段２３９が設けられ、無線周波信号２３１が生成され、供給される。各出力ベースバンド信号は、ベースバンド周波数、即ち１秒当たり１メガビット程度のビットレートから、例えば、８００〜１０００ＭＨｚまたは１．８ＧＨｚ〜２．２ＧＨｚ、またはこれらの範囲を超える周波数範囲の送信無線周波数のアナログ信号に変換される。

さらに、マルチチャネル送信機には、第１のアナログＦＴＭ２１１が含まれ、このＦＴＭは、少なくとも一つの、好適には、複数の無線周波信号２３１に接続され、複数の増幅器入力信号２４１を供給するように動作する。この場合、各増幅器入力信号は、位相シフト済みの一つ以上の無線周波信号の組み合わせを含む。これらの入力信号は、電力増幅器２１３に印加され、この増幅器は、複数の増幅器入力信号２４１に接続される複数の増幅器を含む。各増幅器は、増幅器入力信号のうちの一つに接続される一つの入力を有し、これらの信号の各々は、好適には、修正済みの出力信号２２５のうちの一つに対応する。各増幅器は、増幅器入力信号を増幅し、増幅済みの出力信号を供給するように動作する。この場合、複数の増幅器は、複数の増幅済みの出力信号２４９を供給する。

送信機には、さらに、サンプラー２４５が含まれ、そのサンプラー２４５は、複数の増幅器入力信号２４１（図に示す）、または複数の増幅済みの出力信号２４９（図示せず）からなるグループの複数の部分を接続するように配置されている。複数の増幅器入力信号２４１および複数の増幅器出力信号２４９のうちの一方における入力信号のうちの一つまたは出力信号のうちの一つを表す各部分は、補償機能部に帰還されるが、この場合、複数の部分はフィードバック信号に対応する。すなわち、例えば、軽度に接続しているストリップ・ラインからなるサンプラーは、増幅器の入力側または出力側に配置することができるか、または、それに関する限りでは、第２のＲＦＦＴＭ２１５の出力に配置することができ、そのため、図に示すように、増幅器入力信号２４１または増幅済みの出力信号２４９に、または送信信号２５１（図示せず）に接続している。どこに配置しようとも、これら複数の部分は、ミキサ２５３に接続され、局部発振器（ＬＯ）によりベースバンドにダウン変換される。この場合、これら複数の部分はアナログ−デジタル変換器２５５によりデジタル信号に変換される。これらのデジタル信号は、すべてフィードバック信号２２６を含む。

再び、補償機能部２０６、即ち修正マトリックスについて説明すると、この機能部は下記のように定義することができる。ここで、システム、ＸＡ＝Ｙ＋Ｅについて考慮する。この場合、Ｘは入力マトリックス２２３であり、Ｙは出力マトリックス２４３であり、Ａは未知のマトリックス２４７であり、Ｅは誤差マトリックスである。マトリックスＡは、式ＸＡ＝Ｙ＋Ｅのシステムを解いてＥを最小にすることにより、最小自乗の形で入手することができる。式のシステムの解は、Ａ＝（Ｘ^TＸ）^-1Ｘ^TＹである。この例では、出力マトリックス２４３は、第１のＲＦＦＴＭ２１１（図２にＹで示す）の出力であり、入力マトリックス２２３は、処理ユニット２０５（図２にＸで示す）の出力である。マトリックスＡ、即ち未知のマトリックス２４７は、第２のベースバンドＦＴＭ２０７、アップ変換経路（２３３，２３７，２３９）等、および第１のＲＦＦＴＭ２１１（図２にＡで示す）を組み合わせたものである。補償機能部２０６、即ち修正マトリックス（図２にＡ^-1で示す）は、補償を必要としている何らかの誤差がある場合、ベースバンドＦＴＭ２０７は全然貢献をしないので、アップ変換経路の周波数レスポンス、および第１のＲＦＦＴＭ内のアンバランスを補償する。この補償機能部、即ち修正マトリックスは、適当な試験信号を用いてシステムを実際に試験することにより、実験的に発見することができる。実際には、種々の経路の特徴を知るためには、弱いパイロット・トーンが使用するのに適切な信号である。

送信機の一つの最後の素子は、無線周波またはアナログＦＴＭ２１５である。このＦＴＭは、複数の増幅済みの出力信号２４９に接続され、少なくとも一つの入力信号２１７に１対１で対応する少なくとも一つの送信信号、および好適には、入力信号２１７〜２１９にそれぞれ１対１で対応している複数のアンテナ２５１を駆動するための複数の送信信号を供給する。基本的には、アナログＦＴＭ２１５は、増幅されてそれぞれ元の状態に戻された位相シフト済みの無線周波信号の組み合わせを分解する。信号が２つのＦＴＭを通過することで、これらの信号の順序が逆になる。周知のように、アナログまたはＲＦＦＴＭに供給される信号を入力信号２１７〜２１９と同じように配列することが重要である。好ましい実施形態を正しく機能させることも重要であるが、このことは当業者にとっては軽微なことであり、複数のミキサ２０９を正しく接続することにより処理される。本明細書に開示及び記載する原理およびコンセプトは、基本適に任意の大きさのマトリックスにも適用することができ、マトリックスは本明細書に記載するように自乗形である必要はないことに留意されたい。アナログＦＴＭは公知でありアナレンマイクロウェーブ社（ＡｎａｒｅｎＭｉｃｒｏｗａｖｅ）などの供給業者が供給する、本明細書における４×４マトリックスのような種々のサイズで利用することができる。ＦＴＭは、ハイブリッド結合器を直列接続したものであり、特定の位相角の入力信号を合成する。マトリックスの代表的な帯域は２００ＭＨｚであり、挿入損失は０．５ｄＢである。

このように記載及び説明したように、マルチチャネル送信機は、複数のセクターを通して符号分割、時分割、または周波数分割多重接続信号を送信するように配置及び構成することが好ましい。入力ＦＴＭおよび出力ＦＴＭは、一つ以上のベースバンド入力信号を入力ＦＴＭにおいて有するデジタルＦＴＭであることが好ましく、処理ユニットは、好適には、ウィンドウ化したクリッピング機能部または先行歪み機能部または両方の組み合わせを含むことが好ましい。無線周波ＦＴＭ２１１、２１５は、アナログまたはＲＦＦＴＭであることが好ましい。このように、ベースバンド信号をベースバンドにて、複数の無線周波増幅器に入力する信号を表す形で処理して、複数の電力増幅器に対する要求を緩和するか、または増幅器により生成された望ましくない信号を相殺する増幅器に先行歪み信号を供給し、ピーク消費電力を低減し、または望ましくない結果を相殺し、これによりマルチチャネル増幅器に対する性能を改善する。

図３を参照しながら、ベースバンド信号を処理して、増幅用の低レベル信号を供給してマルチチャネル送信機の性能を改善し、より詳細には、上記送信機での使用に適したピーク対平均比またはピーク消費電力を低減する装置２０１の一部の好ましい実施形態のブロック図について以下に説明し、記載する。図に示し説明するこの装置は、例えば、ＤＳＰおよびサポート・ハードウェア等を含むＡＳＩＣとしての集積回路の形がほぼ適しており、好適に具体化される。本明細書のある説明は概説の意味で行われているのに対して、ある部分は先に簡単に説明した種々の機能およびプロセスについて詳細に説明する。装置２０１は、ピーク対平均比（ＰｅａｋｔｏＡｖｅｒａｇｅＲａｔｉｏｓ：ＰＡＲ）を低減することによりマルチチャネル送信機のピーク消費電力を低減するものであり、この場合、ピーク対平均比は、マルチチャネル送信機の各電力増幅器に印加される信号の振幅特性に現れる。装置２０１の特定の実施形態は、上記先行歪みと一緒にまたは組み合わせて、またはその代わりに使用することができる。この装置は、少なくとも一つの入力信号２１７、好適には、複数の入力信号２１７〜２１９に接続された上記変換マトリックス（ＴＭ）を含む。ＴＭは、好適には、複数の出力信号２２１を供給するためのデジタルＦＴＭ２０３である。この場合、それぞれの出力信号２２１は、一つ以上の位相シフトした入力信号の組み合わせを含む。さらに、装置２０１は、複数の出力信号２２１に接続されて、所定のアルゴリズムにより、各出力信号を修正して複数の修正済みの出力信号を供給するように動作可能な処理ユニット２０５を含む。より詳細に説明すると、図の実施形態においては、処理ユニットは、複数の各出力信号に対するピーク値を制限する。修正済みの出力信号は、好適には、第２のデジタルＦＴＭ２０７（図２参照）である第２のＴＭの入力に接続されている。第２のデジタルＦＴＭ２０７は、修正済みの出力信号２５５を分解して、アナログＦＴＭ２１１、引いては、マルチチャネル送信機を駆動するための複数の低レベル信号、詳細には、無線周波信号を生成するのに適した複数の出力ベースバンド信号２２９を供給するように動作可能である。各出力ベースバンド信号は、入力信号のうちの一つに対応する。

この装置は、また、上記したように配置され、かつ、複数の修正済みの出力信号２２５または出力ベースバンド信号２２９を含むグループのうちの一つに相互に接続された補償機能部を含む。補償機能部は、複数の修正済みの出力信号または出力ベースバンド信号のうちの一つの適当なグループを補償して、出力ベースバンド信号が、マルチチャネル送信機の性能を改善する低レベル信号を生成するのに適したものとなるようにする。より詳細に説明すると、補償機能部は、処理ユニットと第２のＴＭとの間に相互接続されている場合、マルチチャネル送信機の複数の経路の変動に応じて、好適には、フィードバック信号により、複数の修正済みの出力信号を補償するように動作する。この場合、フィードバック信号は、マルチチャネル送信機から派生したものである。出力ベースバンド信号に接続されている場合、補償機能部は、同じ理由で類似の方法でこれらの信号を補償する。図８を参照しながら、以下に簡単に説明するように、一実施形態の補償機能部は、複数の修正済みの出力信号または出力ベースバンド信号に対して、利得および位相補償を行うように動作可能である。

この装置、特にデジタルＦＴＭ２０３は、好適には、複数の入力信号に接続され、これらの入力信号の各々は、符号分割、時分割、または周波数分割多重接続ベースバンド信号等のベースバンド信号を含む。このベースバンド信号は、複数のセクターのうちの一つのセクター、またはマルチセクターアンテナ構造のうちの一つのセクターアンテナ等の一つの無線チャネルを介して送信されるように構成される。ここで、一つのベースバンド信号は、例えば、ＩＳ−９５ＣＤＭＡ信号は、複数の搬送波の各々に対応するパイロット信号、ページング信号及び同期信号、並びに６１個もの音声またはデータペイロード信号を含むことができる。ＩＳ−９５ベースバンド信号の代表的なビットレートは、１秒当たり約１．３メガビットであり、その他バージョンのＣＤＭＡ信号は遥かに高くなる。

図示のように、装置または処理ユニット２０５は、好適には、クリッピング機能部３０１を含み、このクリッピング機能部は、出力信号２２１それぞれに一つずつのクリッピングブロック即ち処理を含んで、各出力信号のピークを制限するように動作する。このクリッピング機能部３０１は、好適には、ウィンドウ化したクリッピング機能部であり、このクリッピング機能部は、相当大きなレベルのクリッピングを行って所定の機能に従ってピークを制限するように動作して、ピーク値が修正済みの出力信号の各々に対応する所定の値を超える確率が低くなりようにする。クリッピング機能部の後に、好適には、フィルタ３０３を配置し、このフィルタは、クリッピング機能部３０１の各々の出力に接続され、かつクリッピング機能部によりもたらされる望ましくない高周波数信号を減衰させるように動作する。フィルタの後に、好適には、第２のクリッピング機能部３０５を配置し、この第２のクリッピング機能部は、フィルタ３０３の各々の出力に接続され、クリッピング装置３０１と同様ではあるが、しかしずっと小さなクリップ・レベルで動作して修正済みの出力信号２２５の各々のピークをさらに制限する。利点として、装置２０１は、ＤＳＰまたはＡＳＩＣまたはこれらの両方の組み合わせのいずれかとして集積回路の形で実現するのに適しており、当業者が本明細書で開示される原理およびコンセプトから示唆を得た場合に容易に理解できるものである。

４×４デジタルＦＴＭは、下表に示すマトリックスにより表現することができる。

このＦＴＭは、下式により表すこともできる。
Vout1=0.5・Vin1∠0°＋0.5・Vin2∠-90°＋0.5・Vin3∠-90°＋0.5・Vin4∠-180°
Vout2=0.5・Vin1∠-90°＋0.5・Vin2∠-180°＋0.5・Vin3∠0°＋0.5・Vin4∠-90°
Vout3=0.5・Vin1∠-90°＋0.5・Vin2∠0°＋0.5・Vin3∠-180°＋0.5・Vin4∠-90°
Vout4=0.5・Vin1∠180°＋0.5・Vin2∠-90°＋0.5・Vin3∠-90°＋0.5・Vin4∠0°
マトリックスまたは式のいずれもが出力信号Ｖｏｕｔと入力信号Ｖｉｎとの関係を示す。これらの演算をＤＳＰで行えばよいことは直ちに理解できる。

クリッピング機能部について図４を参照しながら、さらに詳細に説明する。最初に、クリッピング・プロセスを理解し易いように、いくつかの定義項目について説明する。信号の波高率は、ピーク電力対平均電力比として定義される。これは信号のピーク対平均比（ＰＡＲ）を知るのに有用であるが、累積分布関数（ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎ：ＣＤＦ）を使用すれば、真の包絡線電力の統計的特徴に関して良好な考察が得られる。ＣＤＦ及び相補累積分布関数（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎ：ＣＣＤＦ）は、次の式により定義される。

基本的に、ＣＣＤＦは０〜１００％の範囲でのＰＡＲプロットである。波高率以上のピークレベル及び累積時間が重要であるので、分布関数の観点から考察に役立てば便利である。つまり、ＣＣＤＦの形状が重要である。本開示の目的から、波高率を０．０１％のＰＡＲとして定義することとする。例えば、１０ｄＢＰＡＲとは、信号電力が平均電力よりも１０ｄＢ大きくなる確率が０．０１％であることを意味する。

クリッピング機能部により信号ピークを制限し、同時に、ノイズ、またはスプラッターまたは望ましくない信号電力を出来る限り小さく生成することが望ましい。スプラッターを低く抑えたクリッピングを行なうためには、波形の不連続性を最小限にすることが重要である。ウィンドウ化クリッピングアルゴリズムはこれらの目的を満たす非常に優れた手法である。クリッピングはベースバンド処理においてデジタル的に実行して、データが非リアルタイムで処理できるようにする。種々の形のウィンドウ化クリッピングアルゴリズムがこの目的に適合する。図４を参照すると、２つのしきい値を使用して信号４０１のピークを制限する一つのアルゴリズムが示されている。ソフトクリッピングしきい値がＴclpとして示されるのに対して、ハードクリッピングしきい値はＴsatと呼ぶ。ユーザはこれらのしきい値を実験的に特定のシステム設定に基づいて決定する。ウィンドウ化クリッピングアルゴリズムの第１ステップでは、クリッピングしきい値を超えるピークに対応する入力波形をスキャンする。一旦、しきい値を超える信号ピークが特定されると、ハードクリップまたはソフトクリップのいずれかが適用される。図４のピークインデックスはｔ_max４０７として示される。ソフトクリップの場合、波形のピーク部分は反転Ｈａｎｎｉｎｇウィンドウ４０３で畳み込み演算を行なう。種々の他のタイプのウィンドウも、この技術分野の当業者が理解しているように適正に機能する。以下に示す等式によりＨａｎｎｉｎｇウィンドウｈ_j、ウィンドウクリッピング関数ｗ_j、及びウィンドウ長Ｌが定義される。

ウィンドウクリッピング関数は、ウィンドウ及び信号に対して畳み込み演算を行なった後にｔ_maxでのピークがＴclpレベルに等しくなるように演算を実行し、この様子が４０５に示される。従って、Ｔclpを超えるがＴsatよりも小さいピークの全てに対して、カスタムウィンドウを計算し、適用して極大値をＴclpレベルにまで低減する。以下の加重関数を上の等式に適用することにより所望のウィンドウ関数を算出する。

ピーク領域の近傍には幾つかの不連続部分が生じる。何故なら、信号の該当する部分はフィルタリング処理されているが、不連続部分はハードクリップに関連する不連続部分よりも非常に小さいからである。

或る時点になると、ウィンドウクリッパーが非常に大きく作用するのでクリッパーがハードクリップと同じ程度のスプラッターを生成することが分かる。この現象が生じると、クリッピングの程度を可変にしたクリッピングではなく、クリッピングの程度を一定にしたクリッピングを使用することが最良の対策となる。下記の等式はこのような場合のクリッピングの程度を表わす。

ハードクリップの場合、信号値を変えてＴclpしきい値に一致させる。

フィルタ３０３を、以下の一般的属性を満足するようにＤＳＰ構成として設けた。フィルタは、前段のチャネルフィルタまたはパルス成形フィルタの特性を維持するために平坦な通過帯域特性を有する必要がある。さらに、フィルタリング処理した波形がチャネル仕様に確実に適合するように、急峻な遷移帯域及び十分な減衰が必要である。

図５を参照すると、図３において１〜４としてマークしたポイントに対応する電力スペクトル密度が示される。図３の装置２０１では２つのクリッピング機能部３０１，３０５を用いていることを想起されたい。第１クリッピング機能部のしきい値は大きなクリッピングが行なわれるように低いレベルに設定する。第１クリッパーの出力にフィルタリングを施して、大きなクリッピングを行なうクリッピング機能部から生じるスプラッターが取り除かれる。フィルタリング処理の後、結果として得られる信号に再度クリッピング処理が行われる。第２クリッピング機能部のしきい値は、信号に対して非常に小さいクリッピングが行なわれるように設定する。第２クリッピングによってある程度のスペクトルの再成長が観察されるが、クリッピングの程度が小さいので、この成長は許容し得るものである。この方法によってユーザは、電力増幅器のそれぞれの入力での隣接チャネル電力（ａｄｊａｃｅｎｔｃｈａｎｎｅｌｐｏｗｅｒ：ＡＣＰ）が僅かに低下するという犠牲を払いながら、ピーク対平均比の低下の程度を大きくすることができる。しかしながら、電力増幅器がその定格電力で動作する場合、電力増幅器の非線形性によって、これらの増幅器のそれぞれの入力信号のスプラッターよりも大きい隣接チャネルスプラッターが生じ易くなる。従って、アンテナ出力で観察される実際のＡＣＰ特性は、第２クリッピング機能部を備えることによって全く劣化しない。一方、第２クリッピング機能部によってもたらされるＰＡＲの低下により、電力増幅器入力でのＡＣＰが低下するが、アンテナ出力でのＡＣＰは改善される。

第１ウィンドウクリッパーへの入力、すなわち１で示す波形を基準として使用することにより、５９０ＫＨｚの３ｄＢ折点周波数及び４５ｄＢの減衰を示す標準ＩＳ−９５チャネルフィルタが、ウィンドウクリッピングまたは次のフィルタリングの前にどのようにしてスペクトルの形状を生成したかが分かる。原信号の０．０１％ＰＡＲは、９．７５ｄＢである（信号電力が平均電力よりも９．７５ｄＢ大きくなる確率が０．０１％となるＰＡＲを示す信号のこと）。クリッピング機能部３０１を使用して信号をクリッピング処理して、信号が９．７５ｄＢの０．０１％ＰＡＲから４．５７ｄＢの０．０１％ＰＡＲを示すようになると、２で示す波形のように帯域外エネルギーが上昇する。次に、クリッピング処理した信号はフィルタリングされて、結果的に、３の波形が示すスペクトルを有するようになる。フィルタリング処理後のＡＣＰは良好であるが、ピーク対平均比は０．０１％ＰＡＲが５．６２ｄＢにまで上昇した。２回目の信号クリッピング処理を行なうと、０．０１％ＰＡＲがまた４．６６ｄＢにまで下がるが、４の波形が示すようにスプラッターが付加される。ここで、スプラッターはチャネルフィルタにより生じた元のノイズ下限よりもさらに低いことに注目されたい。

図６はピーク対平均比が一連の処理を通じてどのように変化するのかを示している。図６の波形に関連する種々の情報をまとめた以下の表を参照されたい。ピーク対平均比の変化を下の表に示すようにピーク電力の変化と平均電力の変化とに分離することができる。波形１を基準として使用すると、クリッピング機能部３０１が実行するクリッピングによって波形２で示すように、信号のピーク電力が非常に小さくなると同時に、平均電力の減少幅が小さくなる。信号をフィルタリング処理した後、すなわち波形３を見ると、平均電力はフィルタの通過帯域での減衰によって少し小さくなるが、ピーク電力は複素平面での信号の変化によって増大する。ＰＡＲが低下した部分をある程度回復させるために、信号に対する２回目のクリッピングを行なって微調整する。その結果、ピーク電力の（第１のクリッピングとは）別のｄＢ低下が見られるのに対して、平均電力は波形４で示すようにほとんど変化しない。

ピーク低下波形を増幅器への入力として使用すると次の改善が測定された。定格出力電力では、クリッピング処理した波形はクリッピング処理しない波形と同じ変換効率を維持しながら６〜７ｄＢ改善されたＡＣＰ特性を示した。電力増幅器を、クリッピング処理した波形を入力として有し、定格電力よりも３ｄＢ大きい電力で動作させると、クリッピング処理しない波形を有する定格電力で動作する電力増幅器と同じＡＣＰを示した。電力増幅器を３ｄＢだけ強力に駆動すると、変換効率が５０％向上した。これらの結果は、代表的な例であるが、増幅器のバックオフをどの位のレベルで行なうかによって変化し得る。

すでに説明したように、ベースバンド信号を処理するための装置は、ある実施形態の場合には、処理ユニットを含み、その処理ユニットは、マルチチャネル送信機の非直線性による影響を低減する機能により、出力信号の各々に先行歪みを付与する先行歪み機能または先行歪み装置を備える。より簡単な公知例では、先行歪みアルゴリズムは公知のものであり、例えば、増幅器の製造中にメモリに記憶される。このようなシステムまたは先行歪み装置が行う修正の大きさは、最低限度のものである。何故なら、この装置は、適応性を有していないで、例えば、温度、時間および負荷の変動によるＰＡ特性の変化に対応できないからである。従来の例は、静的参照テーブルである。参照テーブルは、ＰＡの伝達関数の逆を表す値のテーブルである。特に、振幅先行歪みの場合、参照テーブルは、出力振幅および対応する必要な入力振幅のテーブルである。「既知の入力」に基づく所望の出力は、テーブルの「出力振幅」部内が参照されて、テーブルの「入力振幅」部からの必要な「先行歪み入力振幅」が生み出される。これにより「既知の入力」から「先行歪みが付与された入力振幅」への移行が行われる。先行歪みの位相部分に対する類似のテーブルが存在する。参照テーブルは、工場においてメモリに記憶されるか、またはおそらく装置が配備される場合にロードされる。このような先行歪み機能も公知である。

より複雑な実施形態の場合には、ＰＡの出力をダウン変換およびデジタル信号処理領域へのフィードバックに利用して、先行歪みパラメータに適応させる。このようなシステムは、非適応システムよりも多くの修正を行う。この場合、既知のベースバンド入力およびデジタル化したＰＡ出力に基づいて、順方向経路のモデルが生成される。次に、順方向モデルと反対のものが生成されるが、これが先行歪み機能である。この反対のものが、サンプルをベースとしてサンプル上に生成される。このようなシステムは、ＰＡの伝達関数の変動を追跡し、それにより、より多くの修正を行う。ＰＡの順方向経路をモデル化するために、フィルタリングしたタップ付き遅延ライン（ＴＤＬ）アプローチを使用した。この内容については下記の論文に記載されている。ＩＥＥＥＶｅｈ．議事録、Ｔｅｈｎｏｌ．Ｃｏｎｆ．、２００１、２２４３〜２２４７ページ掲載の、ＳｅａｎＭＣＢｅａｔｈ、ＤａｎｎｙＰｉｎｃｋｌｅｙおよびＪ．Ｒ．Ｃｒｕｚの「Ｗ−ＣＤＭＡ電力増幅器のモデル化」（Ｗ−ＣＤＭＡＰｏｗｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒＭｏｄｅｌｉｎｇ）。フィルタリング済みのＴＤＬモデルは、線形フィルタとしてのＰＡを示し、そのフィルタの後にタップ付き遅延ライン・モデル、およびもう一つの線形フィルタがこの順で続いて配置されている。要するに、フィルタリングしたＴＤＬモデルは、ＰＡの非常に精度の高いメモリをベースとするモデルである。しかし、ここでは任意のモデルを使用することができ、その場合、簡単な多項式モデルまたは参照テーブルが選択される。重要なことは、パラメータが変化可能であることである。複雑なメモリをベースとするモデルを使用することにより、先行歪みによりＰＡ特性をさらに修正することができる。

図７は、図２の送信機の性能のグラフである。この場合、処理ユニット２０５がメモリのない多項式モデルにより先行歪みを付与する。上記のように決定された補償機能部またはマトリックスにより、搬送波を２つ含むＷ−ＣＤＭＡ信号７０１、７０３が、この先行歪み機能および補償機能部２０６を通る。次に、上記信号は、第２のＦＴＭ及びフィルタを通ってアップ変換経路をシミュレートし、次に第１のＲＦＦＴＭ２１１、及び有意なバックオフを含む振幅の多項式非直線性によりシミュレートされたＰＡ２１３を通り、最後に第２のＲＦＦＴＭ２１５を通る。先行歪みモデルまたは逆ＰＡ特性を、下式のｐｏ＝１０により１０次多項式としてモデル化した。増幅器を下式のｐｏ＝１１により１１次多項式としてモデル化した。多項式は下式により表される。

このシミュレーション実験の場合、ＰＡは振幅圧縮しか受けていないので、位相修正を行う必要はない。それ故、必要な多項式は一つだけである。１０次多項式は、１１次多項式の逆の近似であった。第２のＲＦＦＴＭの出力は、先行歪みのすべての利点を有していなければならない。図７は、先行歪み７０７を含んでいるシステムおよび先行歪み７０５を含んでいないシステムの出力を示すことによりこれを証明する。図７から、先行歪み信号が一連のＦＴＭを通して正しく送信され、増幅器およびその出力にて、相互変調を低減した所望の結果が達成されることを容易に理解することができるだろう。これらの比較的劇的なシミュレーションの結果の一部は、増幅器のために使用したモデルによるものであり、ほとんど完全な修正を行うことができる。実際のシステムにおいては、これほどの改善を行うことはできないが、このことは、増幅器に対するモデル、即ち先行歪み機能が非常に正確なものである場合に実行することができることのよい兆候である。

図８は、図２の送信機の他の実施形態のブロック図である。図２の参照番号と同じ参照番号がついている構成、即ちブロックは図２のものと同じように動作し、同じ構成を示すのでこれ以上説明しない。補償機能部８０６は異なるものであり、ミキサ２０９の前段のＦＴＭ２０６からの出力ベースバンド信号に接続され、ＤＳＰコントローラ８０３からのフィードバック信号８２６により、マルチチャネル送信機、サンプラー２４５におけるマルチチャネル送信機からのフィードバック信号の複数の経路内の変動に対して、各出力ベースバンド信号へ利得補償８０９および位相補償を行うように動作することができる。このアプローチは、当該周波数上の複数の経路内に最小周波数選択性を有するシステムで役に立ち、それ故、最小周波数選択性の修正を必要とする。この場合、振幅修正および位相修正は補償機能部として使用することができる。もちろん、補償機能部は、第２のベースバンドＦＴＭ２０６の入力側または出力側上で実施することができる。

装置の図面を参照しながらこれまで説明してきた方法に関連する好適な方法について以下に説明する。これまで電力増幅器に冗長性を与えるフーリエ変換マトリックスのようなアナログ変換マトリックスを使用してマルチチャネル送信機の性能を改善するための方法について記載し、説明してきた。この方法は、それぞれが位相シフトした一つ以上の入力信号の組み合わせを含む複数の出力信号を供給するステップと、所定のアルゴリズムによる修正、好適には、クリッピング、先行歪み等を各出力信号に対して行って複数の修正済みの出力信号を供給するステップと、次に、修正する出力信号を分解して一つ以上の出力ベースバンド信号を供給するステップであって、出力ベースバンド信号の各々が、入力信号のうちの一つに対応している分解ステップとを含む。この方法は、さらに、好適には、フィードバック信号に従って、この方法で補償動作またはプロセスが何処で行われるのかにより、複数の修正済みの出力信号または出力ベースバンド信号からなる信号のグループを補償するプロセスを含む。

送信機で上記方法を使用するために、この方法は、さらに、出力ベースバンド信号の各々を無線周波信号に変換して一つ以上の無線周波信号を供給するステップと、それぞれが位相シフトした無線周波信号の組み合わせを含む複数の増幅器入力信号を生成するステップであって、増幅器入力信号が修正済みの出力信号に対応している生成ステップと、複数の増幅器を有する電力増幅器を使用して、増幅器入力信号を増幅して複数の増幅済みの出力信号を供給するステップであって、各増幅器が増幅器入力信号のうちの一つに接続している入力を有し、増幅済みの出力信号のうちの一つを供給する増幅ステップと、各々が複数の増幅器入力信号および複数の増幅済みの出力信号のうちの一方における一つを表す、複数の増幅器入力信号または複数の増幅済みの出力信号のうちの一つの複数の部分を接続して、補償手順に戻すステップであって、複数の部分がフィードバック信号に対応している接続ステップと、次に、複数の増幅済みの出力システムを分解して出力ベースバンド信号に１対１で対応する一つ以上の送信信号を供給するステップとを含む。

好適には、複数の出力システムを供給するプロセスは第１のデジタルＦＴＭを使用し、修正済みの出力信号を分解するプロセスは第２のデジタルＦＴＭを使用する。この場合、第１のデジタルＦＴＭは、無線チャネルにより送信するために、それぞれが符号分割、時分割、または周波数分割多重接続ベースバンド信号のうちの一つを含む複数の入力信号に接続されている。所定のアルゴリズムにより、各出力信号を修正するステップは、所定の機能により、各出力信号に先行歪みを与えるかまたはクリッピングして、各増幅器の非直線性による送信信号に対する影響を低減するか、ピークが修正済みの各出力信号に対して所定の値を超える確率を低減するステップをさらに含む。クリッピングの後で各出力信号をフィルタリングするもう一つのステップは、クリッピングによる望ましくない信号を低減する。

ある態様においては、補償ステップまたは手順は、修正済みの出力信号と増幅済みの出力信号の間の複数の信号経路およびプロセスでの変動に対して、フィードバック信号により複数の修正済みの出力信号を補償するステップを含む。他の態様においては、補償ステップは、さらに、出力ベースバンド信号と増幅済みの出力信号との間の複数の信号経路およびプロセスでの変動に対して、フィードバック信号により出力ベースバンド信号を補償するステップを含む。フィードバック信号が増幅器入力信号からのものであった場合（入力増幅器信号のサンプリング使用）、補償または補償の変動部分は、サンプリング点までの信号経路内の変動によるものであること、また増幅器を通しての信号経路内の変動に対するすべての他の補償は、オープン・ループであることに留意されたい。ある補償の形態では、修正済みの出力信号または出力ベースバンド信号の利得および位相の補償を含む。

上記方法および装置、および本発明の原理およびコンセプトは、ＴＭおよび従来のベースバンド処理技術を使用する、従来技術の送信機の問題を解決および軽減するためのものである。ベースバンドのところで、電力増幅器がその入力のところに供給される信号の忠実な再現である信号を発生し、より低いかまたは低減したピーク対平均比または先行歪み属性のためにこれらの信号を処理するこれらの原理を使用すれば、送信機の性能が劇的に改善することが分かった。

上述したこれらの方法及び装置、さらにはこれらの方法及び装置に関する本発明の原理及びコンセプトは、ＴＭ及び従来のベースバンド処理技術を使用する先行技術の送信機により生じる諸問題を解決するためのものであり、かつ解決すると考えられる。電力増幅器がその入力で受信する信号を忠実に表わす信号をベースバンドで生成し、これらの信号を処理して小さい、または低減されたピーク対平均比、または先行歪み属性を実現するこれらの原理を使用することによって、送信機性能が格段に改善される。

送信機性能の改善及び送信機のピーク消費電力低減を容易にし、かつ実現するようにベースバンド信号を補正し、その信号を補償する方法及び装置に関する種々の実施形態について説明し、記載してきた。本発明によるこれらの実施形態及び他の実施形態は、多くの広域ネットワークに適用できるものと考えられる。本明細書に開示した本発明の原理及びコンセプトを使用することにより、有利な形で低コストかつ高可用性のマルチチャネル送信機が可能になるか、または実現し、このようなマルチチャネル送信機は、現在及び将来の通信システムに必要となり、かつ、このようなシステムのユーザ及び提供事業者の両方に利益をもたらすと考えられる。

本開示は、本発明による種々の実施形態を構成し、そして使用する方法についての説明を行なうために為されたものであり、本発明の真の、意図する、公正なる技術範囲及び技術思想を制限するためのものではない。本発明は、本特許出願の係属中に補正される可能性のある添付の請求項、及びこれらの請求項の全ての均等物によってのみ定義される。

本発明による一実施形態を採用するのに適した通信システムの一部の略図。本発明による送信機の好ましい実施形態の簡単なブロック図。本発明による図２の送信機での使用に適したピーク消費電力を低減するための装置のブロック図。図３の装置の動作波形および性能のグラフ。図３の装置の動作波形および性能のグラフ。図３の装置の動作波形および性能のグラフ。図２の送信機で使用される、ベースバンド信号を処理する装置に対する実験結果のグラフ。図２の送信機の他の実施形態を示す図。

Claims

ベースバンド信号を処理し、増幅用の低レベル信号を供給してマルチチャネル送信機の性能を改善する装置であって、
少なくとも一つの入力信号に接続され、各々が位相シフト済みの前記少なくとも一つの入力信号の組み合わせを含む複数の出力信号を供給する第１の変換マトリックス（ＴＭ）と、
前記出力信号に接続され、所定のアルゴリズムにより前記出力信号の各々を修正して複数の修正済みの出力信号を供給する処理ユニットと、
前記修正済みの出力信号に接続され、前記修正済みの出力信号を分解して、それぞれが前記入力信号のうちの一つに対応する少なくとも一つの出力ベースバンド信号を供給する第２のＴＭと、
前記複数の修正済みの出力信号および前記出力ベースバンド信号のうちの一つに配置され、かつ相互接続され、前記複数の修正済みの出力信号および前記出力ベースバンド信号のうちのの前記一つを補償して、前記出力ベースバンド信号が、前記マルチチャネル送信機の性能を改善する低レベル信号を生成するのに適したものとなるようにする補償機能部とを備える装置。
電力増幅器に冗長性を与えるアナログ・フーリエ変換マトリックスを使用し、改善された性能を有するマルチチャネル送信機であって、
ベースバンド信号を処理するための装置であって、少なくとも一つの入力信号に接続され、それぞれが位相シフトした前記入力信号の組み合わせを含む複数の出力信号を供給する第１のフーリエ変換マトリックス（ＦＴＭ）と、前記複数の出力信号に接続され、所定のアルゴリズムにより前記出力信号の各々を修正して複数の修正済みの出力信号を供給する処理ユニットと、前記複数の修正済みの出力信号に接続され、前記修正済みの出力信号を分解して、それぞれが前記入力信号のうちの一つに対応する少なくとも一つの出力ベースバンド信号を供給する第２のＦＴＭと、前記複数の修正済みの出力信号および前記出力ベースバンド信号のうちの一つに配置され、かつ相互接続され、前記複数の修正済みの出力信号および前記出力ベースバンド信号のうちの前記一つをフィードバック信号により補償する補償機能部とを備える、前記ベースバンド信号を処理するための装置と、
前記出力ベースバンド信号の各々を無線周波信号に変換して少なくとも一つの無線周波信号を供給するためのミキサと、
それぞれが位相シフトした前記無線周波信号の組み合わせを含む複数の増幅器入力信号を供給する第１のアナログＦＴＭと、
複数の増幅器出力信号を供給する複数の増幅器を有する電力増幅器であって、各増幅器が前記複数の増幅器入力信号のうちの一つに接続された入力を有し、前記複数の増幅器出力信号のうちの一つを供給する、前記電力増幅器と、
前記複数の増幅器入力信号および前記複数の増幅済みの出力信号のうちの一方の複数の部分に接続されたサンプラーであって、前記複数の部分の各々が、前記補償機能部に戻る、前記複数の増幅器入力信号および前記複数の増幅済みの出力信号のうちの前記一方における一つを表し、前記複数の部分が前記フィードバック信号に対応する、前記サンプラーと、
前記複数の増幅済みの出力信号に接続され、前記出力ベースバンド信号に１対１で対応する少なくとも一つの送信信号を供給する第２のアナログＦＴＭとを備えるマルチチャネル送信機。
電力増幅器に冗長性を与えるアナログ・フーリエ変換マトリックスを使用して、マルチチャネル送信機の性能を改善するための方法であって、
それぞれが位相シフトした少なくとも一つの入力信号の組み合わせを含む複数の出力信号を供給するステップと、
所定のアルゴリズムにより前記各出力信号を修正して、複数の修正済みの出力信号を供給するステップと、
前記修正済みの出力信号を分解して、少なくとも一つの出力ベースバンド信号を供給するステップであって、前記出力ベースバンド信号の各々が前記入力信号のうちの一つと対応している、前記分解ステップと、
フィードバック信号により、前記複数の修正済みの出力信号および前記出力ベースバンド信号のうちの一方を補償するステップと、
前記出力ベースバンド信号の各々を無線周波信号に変換して、少なくとも一つの無線周波信号を供給するステップと、
複数の増幅器入力信号を生成するステップであって、それぞれが位相シフトした前記無線周波信号の組み合わせを含み、前記増幅器入力信号が前記修正済みの出力信号に対応している、前記生成ステップと、
複数の増幅器を有する電力増幅器を使用して、前記複数の増幅器入力信号を増幅して、複数の増幅済みの出力を供給するステップであって、各増幅器が、前記複数の増幅器入力信号のうちの一つに接続された入力を有し、前記増幅済みの出力信号のうちの一つを供給する、前記増幅ステップと、
それぞれが前記複数の増幅器入力信号および前記複数の増幅済みの出力信号のうちの一方を表す、前記複数の増幅器入力信号および前記複数の増幅済みの出力信号のうちの一方の複数の部分を接続して、補償機能に戻すステップであって、前記複数の部分が前記フィードバック信号に対応している、前記接続ステップと、
前記複数の増幅済みの出力信号を分解して、前記出力ベースバンド信号に１対１で対応する少なくとも一つの送信信号を供給するステップとを備える方法。
ベースバンド信号を処理し、増幅用の低レベル信号を供給して、マルチチャネル送信機の性能を改善する装置であって、
少なくとも一つの入力信号に接続され、それぞれが位相シフトした前記少なくとも一つの入力信号の組み合わせを含む複数の出力信号を供給する第１の変換マトリックス（ＴＭ）と、
前記出力信号に接続され、所定のアルゴリズムにより前記各出力信号に先行歪みを与え、複数の先行歪みを与えた出力信号を供給する処理ユニットと、
前記先行歪みを与えた出力信号に接続され、前記先行歪みを与えた出力信号を分解して、少なくとも一つの出力ベースバンド信号を供給する第２のＴＭであって、前記出力バースバンド信号の各々が、前記入力信号のうちの一つに対応し、前記マルチチャネル送信機の性能を改善する低レベル信号を生成するのに適している、前記第２のＴＭとを備える装置。