JP4700028B2 - 通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、送信電力増幅器を有する通信装置に関し、特に送信電力増幅器のＰＡＰＲ（Peak to Average Power Ratio: ピーク電力対平均送信電力比）を低減するための機能を持つ通信装置に関するものである。

通信の高速化、データ通信量の増加に伴い、通信装置の送信回路に用いられる送信電力増幅器のＰＡＰＲが大きくなり、送信電力増幅器の非線形特性による歪を原因としたサブキャリア間の干渉問題や帯域外での電力漏洩などの問題が発生する。このことにより、送信電力増幅器の線形性を確保する領域（バックオフ領域）を広く確保するために、消費電流が増大することが知られている。

ＰＡＰＲに対する対策については、後述する特許文献１にあるような送信出力レベルによるルート・レイズド・コサイン（ＲＲＣ：Root Raised Cosine）フィルタのパラメータを変える手段が知られているが、ＰＡＰＲ低減の為のフィルタを設けることによる送信電力低下への対策については充分に考えられてこなかった。
そこで送信信号を増幅する電力増幅器が非線形領域にさしかかる場合に、フィルタ部を通すことにより、送信信号のピーク部分を削減している。
特開２００２−３３６７２号公報

しかし、送信信号がフィルタ部を通過することでピーク電力は削減できるが、送信機からの送信信号に歪が生じるため、受信機側の受信ＳＩＲの劣化が発生する。送信電力が非線形領域にどれだけかかっているかに応じてフィルタ種類やフィルタ係数が定められる場合、これらフィルタ種類やフィルタ係数は、送信電力の変化に応じて変化させることになり、受信ＳＩＲの劣化量もその都度変化することになる。頻繁に送信電力値が制御する場合、基地局における受信ＳＩＲはそれらの変動を含むことになる。

本発明は、斯かる実情に鑑み、時間的な遅延が無く、瞬時に送信電力レベル制御をすることを可能とし、電波環境の変化にもＰＡＰＲを低減しながら最適な電力制御を実現することができる通信装置を提供しようとするものである。

本発明は、送信信号の入力に対して複数の変調方式処理が可能な変調部と、前記変調部の出力信号をフィルタリングするためにフィルタ種類とフィルタ係数の設定が可能なフィルタ部と、前記フィルタ部の出力である送信変調波を増幅する送信電力増幅部と、前記変調部に変調方式を切り換えさせ、前記フィルタ部に変調方式に応じてＰＡＰＲを低減させるフィルタの種類や係数を設定させ、前記送信電力増幅部にＳＩＲの劣化分を補う増幅率を指示することができる制御部と、を備え、
前記制御部は、前記送信電力増幅部へ設定する増幅率が線形領域の場合は前記フィルタ部をオフし、非線形領域に近づいて送信信号の振れ幅から該領域で動作する可能性がある場合は前記フィルタ部をオンし、前記送信電力増幅部にＳＩＲの劣化分を補う分の増幅率を増加させ、その増幅率の増加によるＰＡＰＲを低減するためにフィルタ係数を増加させる前記制御部は、前記送信電力増幅部へ設定する増幅率が線形領域の場合は前記フィルタ部をオフし、非線形領域に近づいて送信信号の振れ幅から該領域で動作する可能性がある場合は前記フィルタ部をオンし、前記送信電力増幅部にＳＩＲの劣化分を補う分の増幅率を増加させ、その増幅率の増加によるＰＡＰＲを低減するためにフィルタ係数を増加させることを特徴とする。

また、前記制御部は、指示した変調方式、増幅率に変化した時に、新たな増幅率から新たにフィルタの種類や係数を設定し、それらから求められる新たな受信ＳＩＲの劣化量から前回との変化分の補正を新たな増幅率に施すことを特徴とする。

また、前記制御部は、特定の回数だけ前記処理を繰り返えすことを特徴する。

また、本発明の通信装置は、ＦＤＭＡの通信方式で動作しても良いし、ＯＦＤＭの通信方式で動作しても良いし、また、ＣＤＭＡの通信方式で動作してもよい。

このように、本発明の通信装置は、複数の変調方式での処理が可能な変調部を持つことから、電波環境や送信データの容量などの条件により変調方式を切り換えながら通信を行うこととなる。

変調方式によりＰＡＰＲは異なることから、最適なＰＡＰＲ削減効果を得るためには、変調方式によってフィルタの構成や係数を制御することが有効である。変調信号は、フィルタ部を通してから送信電力増幅部に入力することでＰＡＰＲを削減が可能となるが、フィルタ部を通さない場合と比較して信号に歪を与えてしまう。

以上から、本発明の通信装置が移動局であって、基地局から電力の上げ下げを指示されるような場合、新たに指示された送信電力とその時に選択されている変調方式から、新たにフィルタ種類を選択し、そのフィルタに設定する係数を選択することで、送信信号のＳＩＲ劣化量が変化することになり、基地局における受信ＳＩＲが送信電力の変化量と同一のものではなくなることになる。つまり、基地局が意図する受信ＳＩＲの変化は送信電力分の変化であるのに対して誤差が生じることになり、それだけ精度の高い電力制御ができないことになる。この場合、誤差の無い場合に比べると、冗長な送信電力制御となり、リアルタイムの電波環境の変化の追従できないために、受信機側のＳＩＲレベルと所望レベル間の差分が大きくなり、その結果、基地局側の受信誤り率（ＢＬＥＲ）が劣化することになる。

本発明は、制御部にて受信側における受信信号のＳＮＲの劣化分を補うために必要な送信電力の増加分を計算し、送信電力増幅部の増幅率を制御することで一度に所望のレベルまで送信電力を上昇させることができる。これによって電波環境の変化にも最適な制御を行うことができる。送信信号の変調方式、通過するフィルタ種類、フィルタ係数に応じて、送信信号のＳＩＲ劣化量について算出するためのデータをメモリ部に保存し、制御部は前記メモリ部のデータを参照することで、変調方式やフィルタ部の構成や係数に応じてＳＩＲ劣化量を補完する送信電力増幅率を算出し、また、通信装置内の温度、電源などの条件により、送信電力増幅部や電波環境における許容されるピーク電力が変わるため、必要とされるピーク電力の低減量も変化し、最適なＰＡＰＲにするため、フィルタ部の構成や係数も変わることになる。

また、送信電力増幅部の送信電力増幅率を制御することで、基地局が所望する受信ＳＩＲを実現し、送信電力制御の誤差を小さくすることで、ＢＬＥＲ低下を防ぐことができる。

以上説明したように本発明によれば、フィルタによる劣化分を予測して送信電力を制御して送信するため、基地局での受信ＳＩＲは所望のＳＩＲに対して、時間的な遅延が無く、瞬時に送信電力レベル制御をするこが可能となり、ＰＡＰＲを低減しながら最適な電力制御を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明に係る通信装置の第１の実施形態を示すブロック図である。この実施形態の通信装置は、ＦＤＭＡ方式の移動体通信装置である。

図１の通信装置は、変調部１１１、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）部１１２、フィルタ部１１３、サブキャリア割当て部１１４、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）部１１５、ＣＰ挿入部１１６、送信電力増幅部１１７、制御部１１８、メモリ部１１９を有する。

変調部１１１には送信データが入力され、制御部１１８から指示された変調方式で変調を行い、ＦＦＴ部１１２へ出力する。ここで選択される変調方式は、送信データ量、必要送信データレート、電波環境などの条件より、基地局より指示があり、それにより制御部１１８によって決定される。

ＦＦＴ部１１２は、変調部１１１にて変調されたデータに対してＦＦＴ処理を施し、そのデータは時間領域の信号から周波数領域の信号に変換される。周波数領域に変換されたデータは、ｎ個の離散周波数成分で構成される。ＦＦＴ処理された信号は、フィルタ部１１３に入力される。制御部１１８は、この時の送信信号の変調方式および、送信電力増幅部１１７に設定される増幅率から該増幅部１１７の非線形領域に及ぶピークを抑制するためにフィルタ種類を選択し、さらにフィルタ係数を設定する。

フィルタ種類の一例としてはＲＲＣ（Root Raised Cosine）フィルタがある。この場合、フィルタ係数としてはロールオフ率となる。ロールオフ率が高ければ、それだけ変調信号のピークは削られることになり、ＰＡＰＲは低下することになり、非線形領域に近い領域で送信電力増幅器を動作させることができる。その代償として該送信信号はフィルタ前の信号から、特定周波数領域の信号電力成分を削ることになるので、基地局の受信誤り率は劣化することになる。また線形領域で動作させる場合は、非線形領域に動作範囲がおよぶ可能性が低いので、フィルタをオフして入力信号をそのまま出力することも可能である。この場合はＰＡＰＲを低下させることはできないが、基地局の受信誤り率を劣化させることはない。

つまり、送信電力増幅部１１７へ設定する増幅率が線形領域の場合はフィルタ部１１３をオフし、非線形領域に近づいて送信信号の振れ幅から該領域で動作する可能性がある程度に達した場合はフィルタ部１１３をオンし、さらに送信信号の多くが該非線形領域で動作する場合はフィルタ係数をより大きくし、ＰＡＰＲを低下させる。

このような制御によって、非線形領域において動作することで発生する帯域外輻射電力を規定値以下になるようにすることができ、更にサブキャリア間の干渉レベルを抑制することが可能となる。

メモリ部１１９にはこれら変調方式、送信増幅器の増幅率に応じて、適用されるフィルタ種類、フィルタ係数を算出するために必要なデータが記録されており、制御部１１８はこれらのデータを参照することでフィルタ種類、フィルタ係数を決定し、設定する。

フィルタ部１１３からの出力信号は、サブキャリア割当て部１１４に入力される。この次にＩＦＦＴ部１１５においてＩＦＦＴ処理される際、ｍ個（ｍ＞ｎ）のサブキャリア中いずれかのサブキャリアにそれぞれマッピングされる。

ここで、マッピングされた信号はＩＦＦＴ部１１５に入力され、そのデータは周波数領域の信号から時間領域の信号に変換される。ＣＰ挿入部１１６はＩＦＦＴ処理した信号に対してＣＰ（Cyclic Prefix）を挿入する。ＣＰはシンボル間干渉の影響を低減するために挿入される。ＣＰ挿入された信号は、送信電力増幅部１１７に入力されて、制御部１１８から指示される増幅率で電力増幅されて出力される。

該送信電力増幅部１１７の入力電力に対する出力電力は、図２に示すような特性となる。つまり、入力電力がある一定値以下の場合は線形に出力電力が増幅される線形領域となるが、ある一定値を超えると線形特性から次第に下回る値が出力される非線形領域となり、この非線形領域の入力電力に対して出力波形は歪むことになる。該送信出力はアンテナを通して基地局まで到達し、受信されて復調される。

この通信装置１１０を用いたときの送信電力制御の一例について図３に示す。
移動局は基地局からのデータに含まれるＴＰＣ（Transmit Power Control）情報を繰り返し取得して、そのＴＰＣ情報の値によって送信電力増幅部１１７の増幅率を規定の電力ステップ分ΔＰだけ増減させることで電力制御する。今、線形領域の電力を出力している場合、フィルタを挿入してＰＡＰＲを低減する必要がないので、フィルタＯＦＦの状態となる。ここでＴＰＣコマンドによって基地局の所望ＳＩＲレベルに近づけるために、基地局から電力上昇を指示された移動局は、電力を上げるに伴い、瞬時の入力電力の振れ幅が非線形領域へ達するためにフィルタを挿入して、瞬時の振れ幅を抑制する必要が発生する。そこで、フィルタ係数Ｋ１にてフィルタＯＮ状態とする。

このように係数Ｋ１のフィルタをＯＦＦからＯＮへ入れることで、ＰＡＰＲは改善することになるが、フィルタによって送信信号の一部を削除することになるので、基地局での受信ＳＩＲは劣化することになる。劣化する受信ＳＩＲをＰ_LOSS1とすると、基地局の受信ＳＩＲはΔＰ- Ｐ_LOSS1となる。

つまり基地局にて所望ＳＩＲの状況からフィードバックとしての制御量としてΔＰと比較するとＰ_LOSS1分だけ小さなステップ幅で帰還制御をかけることになる。更に基地局側では所望ＳＩＲより下回る受信ＳＩＲなので、移動局に対して電力上昇をＴＰＣコマンドにて指示し、移動局ではそれに応じて電力を上昇させるが、更に非線形領域にかかる部分が増加するので、フィルタ係数をＫ１からＫ２へ増加させて、よりＰＡＰＲを低減させる必要がある。その影響でフィルタによる所望ＳＩＲがＰ_LOSS2となり、基地局の受信ＳＩＲはΔＰ-Ｐ_LOSS2と更に低減することになる。

このように、電力増幅器が非線形領域に近づけば近づくほど帰還制御量が小さくなるような電力制御となる。これは基地局と移動局の距離は離れているものの、受信ＳＩＲの変動が少ないような空中伝送路状態である場合には、細かな単位で制御することで、より正確な電力制御が実現できる。

この帰還制御量を一定に保つために、送信電力値に補正を加える方法を図４にて説明する。今、非線形領域における送信電力を出力している時に、基地局が、所望ＳＩＲへ近づけるために電力上昇のＴＰＣコマンドを移動局に送信し、移動局は、基地局の受信劣化量Ｐ_LOSS1を補正するために、ΔＰ＋Ｐ_LOSS1を増加させて送信電力を出力する。この補正によって基地局における受信ＳＩＲはΔＰだけ増加することになり、当初より期待されるＳＩＲ上昇幅を確保することが可能となる。つまり、電力増幅器の出力電力が線形領域、非線形領域のいずれかに関わらず、ΔＰだけ一定の帰還制御量をフィードバックすることになるので、一定の電力制御をかけることができる。

これは、基地局と移動局の間の電力損失が大きく、受信ＳＩＲが激しく変動するような場合に、より俊敏に追随する電力制御を実現することができる。移動局の制御部１１８は該制御に必要となるＰ_LOSSを算出するために、メモリ部１１９に記録されている変調方式毎の出力電力値に対してフィルタのＯＮ，ＯＦＦおよびフィルタ係数情報を参照することで算出する。

更に制御部１１８は、より精密な制御を実現するために、求めた出力電力ΔＰ＋Ｐ_LOSS1から再度、Ｐ_LOSSを算出して出力電力値を補正する。この繰り返しを特定回数実施することで、基地局におけるＳＩＲ上昇分がΔＰに正確に制御することが可能となる。

（第２の実施形態）
図５は本発明に通信装置の第２の実施形態を示すブロック図である。この実施形態の通信装置は、ＯＦＤＭ方式の移動体通信装置である。

図５の通信装置２１０は、変調部２１１、直列並列変換部２１２、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）部２１３、ＰＡＰＲ低減部２１４、フィルタ部２１５、ＣＰ挿入部２１６、送信電力増幅部２１７、制御部２１８、メモリ部２１９を有する。

変調部２１１には前段より送信データが入力され、制御部２１８から指示された変調方式で変調を行い直列並列変換部２１２へ出力する。ここで変調方式については送信データ量、電波環境などの条件により基地局より指示があり、それにより制御部２１８にて変調方式を制御する。

生成された信号は直列並列変換部２１２に蓄積され、それぞれＩＦＦＴ部２１３にて逆フーリエ変換される。その後、変換された信号はＰＡＰＲ低減部２１４にてＰＡＰＲ低減のために信号波形が整形される。

ＰＡＰＲ低減の手法の一例としては、信号波をある特定のレベルでクリッピングすることで、ピークを抑制する方式がある。他方式として、各キャリアの信号に対して任意の位相回転を与えて、合成した時間波形で発生するピークが最小になるように制御することでＰＡＰＲを低減する方法などがある。これらの波形整形とフィルタによる受信ＳＩＲの劣化に対する送信電力制御の方法は、第１の実施形態と同様である。

尚、本発明の通信装置は、上述の例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。上記実施形態では、ＦＤＭＡ方式とＯＦＤＭ方式について述べたが、ＣＤＭＡ方式においても同様の送信電力制御が可能であるし、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、パソコンなどの移動体通信装置に適用が可能である。

本発明に係る通信装置の第1の実施形態を示すブロック図である。 送信電力増幅部の入力電力に対する出力電力特性を示す図である。 通信装置を用いたときの送信電力制御の一例を示す図である。 通信装置を用いたときの送信電力制御の他の例を示す図である。 本発明に係る通信装置の第２の実施形態を示すブロック図である。

符号の説明

１１０ 通信装置
１１１ 変調部
１１２ ＦＦＴ部
１１３ フィルタ部
１１４ サブキャリア割当て部
１１５ ＩＦＦＴ部
１１６ ＣＰ挿入部
１１７ 送信電力増幅部
１１８ 制御部
１１９ メモリ部
２１０ 通信装置
２１１ 変調部
２１２ 直列並列変換部
２１３ ＩＦＦＴ部
２１４ ＰＡＰＲ低減部
２１５ フィルタ部
２１６ ＣＰ挿入部
２１７ 送信電力増幅部
２１８ 制御部
２１９ メモリ部

Claims (6)

1. 送信信号の入力に対して複数の変調方式処理が可能な変調部と、
   前記変調部の出力信号をフィルタリングするためにフィルタ種類とフィルタ係数の設定が可能なフィルタ部と、
   前記フィルタ部の出力である送信変調波を増幅する送信電力増幅部と、
   前記変調部に変調方式を切り換えさせ、前記フィルタ部に変調方式に応じてＰＡＰＲを低減させるフィルタの種類や係数を設定させ、前記送信電力増幅部にＳＩＲの劣化分を補う増幅率を指示することができる制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記送信電力増幅部へ設定する増幅率が線形領域の場合は前記フィルタ部をオフし、
   非線形領域に近づいて送信信号の振れ幅から該領域で動作する可能性がある場合は前記フィルタ部をオンし、前記送信電力増幅部にＳＩＲの劣化分を補う分の増幅率を増加させ、その増幅率の増加によるＰＡＰＲを低減するためにフィルタ係数を増加させることを特徴とする通信装置。
2. 前記制御部は、指示した変調方式、増幅率に変化した時に、新たな増幅率から新たにフィルタの種類や係数を設定し、それらから求められる新たな受信ＳＩＲの劣化量から前回との変化分の補正を新たな増幅率に施すことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記制御部は、特定の回数だけ前記処理を繰り返えすことを特徴する請求項２に記載の通信装置。
4. ＦＤＭＡの通信方式で動作することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の通信装置。
5. ＯＦＤＭの通信方式で動作することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の通信装置。
6. ＣＤＭＡの通信方式で動作することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の通信装置。

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