JP5036481B2 - ピーク抑圧装置、通信装置およびピーク抑圧方法 - Google Patents

Description

本発明は、マルチキャリア信号に対してピーク抑圧処理を行うピーク抑圧装置、通信装置およびピーク抑圧方法に関する。

従来、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）等のマルチキャリア信号に対するピーク電力の抑圧方式のひとつとして、情報伝送用サブキャリアとは異なるサブキャリアでピーク抑圧信号を伝送するTone Reservation（ＴＲ）方式が知られている。

また、複素ベースバンド信号に対するＴＲ方式のピーク抑圧信号を計算する方法のひとつとして、実数ベースバンド信号用のピーク抑圧信号計算アルゴリズムを複素ベースバンド信号の実部／虚部に独立に適用する方式が知られている。この方式は、複素ベースバンド信号についてピーク抑圧信号を計算する場合に比べ簡単な計算で済むという特長があるが、ピーク抑圧性能は劣る。

この劣化を改善する手法として、たとえば、下記非特許文献１では、元の複素ベースバンド信号に複数の異なる位相回転量を与えた信号を作成し、作成した各信号について実部／虚部独立にピーク抑圧を実施して、最も抑圧性能が良い信号を選択する手法が開示されている。この手法では、異なる位相回転量を与えた信号の数を多くとるほど、抑圧特性が向上する。たとえば、下記非特許文献１では複素ベースバンド信号をそれぞれπ／４，π／２，３π／４位相回転させた３種類の信号を作成し、元信号と合わせた４種類の複素信号に対して実部／虚部独立に実数ベースバンド用アルゴリズムを適用している。そして、この４種類の信号のうち、最も抑圧性能の良い信号を選択して出力することにより、元信号のみにピーク抑圧を行う場合に比べて特性が改善されることが示されている。

B. S. Krongold and D. L Jones，"An Active-Set Approach for OFDM PAR Reduction via Tone Reservation"，IEEE Transactions on Signal Processing，Vol. 52， No.2， Feb.2004.

しかしながら、上記従来の非特許文献１に記載のピーク電力抑圧技術によれば、抑圧特性を改善するために複数の複素信号にピーク抑圧処理を行う。そのため、演算量が増大する、という問題があった。たとえば、元信号と、それをπ／４，π／２，３π／４だけ位相回転させた信号を用いる場合、元信号のみの場合にピーク抑圧処理を行う場合の４倍の演算量が必要となる。

さらに、従来のピーク電力抑圧技術によれば、抑圧信号を計算する過程で１ＯＦＤＭシンボルに含まれる全サンプルの値を用いて処理を行う。１ＯＦＤＭシンボルに含まれる全サンプルの値を用いて処理しない場合には、抑圧信号印加によって抑圧対象サンプル以外のサンプルの電力が増加し、ＰＡＰＲ（Peak-to-Average Power Ratio）が逆に劣化してしまう可能性がある。これを防ぐために、全サンプルにわたる計算が必要となる。このため、たとえば数千本となる場合のように、サブキャリア本数が多い場合には、演算量が増大する、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複素ベースバンド信号に対するピーク抑圧処理の演算量の削減とピーク抑圧性能向上の両方を実現することができるピーク抑圧装置、通信装置およびピーク抑圧方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複素送信信号を実部信号と虚部信号に分離し、分離後の信号に対して、実数信号に対するピーク抑圧処理を行うピーク抑圧装置であって、前記分離後の信号から所定のサンプル数のサンプルを選択するサンプル選択手段と、前記選択したサンプルを用いてピーク抑圧信号を算出する抑圧信号算出手段と、を備え、前記ピーク抑圧信号と前記分離後の信号とに基づいてピーク抑圧処理後の信号を求めることを特徴とする。

この発明によれば、ピーク抑圧の対象となる信号の最大電力サンプルの位相が所定の目標位相になるように位相回転量を求めてピーク抑圧の対象となる信号をその位相回転量だけ回転させ、位相回転後の信号を実部と虚部に分離し、それぞれの信号に対して実数信号に対するピーク抑圧処理を行うようにしたので、ピーク抑圧処理の演算量の削減とピーク抑圧性能向上の両方を実現することができる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかるピーク抑圧装置、通信装置およびピーク抑圧方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる通信装置の実施の形態１の機能構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の通信装置は、送信データ系列を生成する送信データ生成部１と、送信データ系列を各サブキャリアにマッピングし、サブキャリアごとにシンボルマッピングする変調部２と、シンボルマッピングされた送信データ系列を逆高速フーリエ変換するＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）部３と、ＩＦＦＴ後のデータに対してピーク抑圧処理を行う複素ピーク抑圧部４と、ピーク抑圧信号にＣＰ（Cyclic Prefix）を付加するＣＰ付加部５と、ＣＰ付加後の信号をアナログ変換するＤ／Ａ（デジタル−アナログ）変換部６と、変換されたアナログ信号に対して周波数変換および電力増幅を行うＲＦ（Radio Frequency）部７と、ＲＦ部の出力信号を無線信号として送信するアンテナ８と、で構成される。

また、図２は、本実施の形態の複素ピーク抑圧部４の機能構成例を示す図である。図２に示すように、本実施の形態の複素ピーク抑圧部４は、ピーク抑圧の繰り返し処理の制御を行う制御部９と、ピーク抑圧処理を行う処理対象信号を選択する選択部１０と、処理対象信号のなかから電力が最大となるサンプルを検索するピーク検索部１１と、検索された電力最大サンプルの位相を計算する位相計算部１２と、計算された位相に基づいて位相回転量を算出し、ピーク抑圧処理の初期化を行うための初期化信号を出力する位相判定部１３と、処理対象信号の全サンプル点に対して算出された位相回転量の位相回転を行う位相回転部１４と、位相回転後の信号を実部／虚部に分離するＩ／Ｑ分離部１５と、Ｉ／Ｑ分離部１５で分離された実部信号に対して実数信号に対するピーク抑圧処理を行う実数ピーク抑圧部１６−１と、Ｉ／Ｑ分離部１５で分離された虚部信号に対して虚部信号に対するピーク抑圧処理を行う実数ピーク抑圧部１６−２と、実数ピーク抑圧部１６−１でピーク抑圧された実部信号と実数ピーク抑圧部１６−２でピーク抑圧された虚部信号とをＩ／Ｑ合成するＩ／Ｑ合成部１７と、で構成される。

つづいて、本実施の形態の動作について説明する。まず、送信データ生成部１が送信データ系列を生成し、変調部２が、送信データ系列を各サブキャリアにマッピングした後に、サブキャリアごとにシンボルマッピングする。そして、ＩＦＦＴ部３は、シンボルマッピングされた送信データ系列を逆高速フーリエ変換して複素信号として複素ピーク抑圧部４へ出力する。複素ピーク抑圧部４では、逆高速フーリエ変換信号に対して後述のピーク抑圧処理を行い、ＣＰ付加部５はピーク抑圧済信号に対してＣＰ（サイクリック・プリフィックス）の付加，フィルタ処理等を行う。そして、Ｄ／Ａ変換部６は、ＣＰ付加後の信号をアナログ信号に変換し、ＲＦ部７が周波数変換，電力増幅などを行い、アンテナ８がＲＦ部７の出力信号を送信する。

つづいて、本実施の形態のピーク抑圧処理について説明する。ＩＦＦＴ部３から出力された逆高速フーリエ変換１回分の複素信号は、複素ピーク抑圧部４の選択部１０に入力される。制御部９は、選択部１０への入力を監視しており、選択部１０にＩＦＦＴ部３からの入力があった場合には、選択部１０は、初回の処理対象信号として、入力された複素信号を選択し、ピーク検索部１１および位相回転部１４に出力する。

ピーク検索部１１は、処理対象信号のなかから電力が最大となるサンプルを検索する。位相計算部１２は、検索された電力最大サンプルの位相を計算し、位相判定部１３に出力する。そして、位相判定部１３は、計算された電力最大サンプルの位相に基づいて位相回転部１４に指示する位相回転量を算出して位相回転部１４に出力するとともに、実数ピーク抑圧部１６−１，１６−２への初期化信号を実数ピーク抑圧部１６−１，１６−２に出力する。このとき算出する位相回転量は、電力最大サンプルの位相が目標位相（“０”を中心とする所定の範囲に含まれる値）になるような回転量とする。たとえば、目標位相を“０”とするとき、電力最大サンプルの位相がＸであった場合には、算出する位相回転量は“０”−Ｘ＝−Ｘとして計算する。なお、目標位相は、“０”に限らず、誤差やその他の条件を考慮し、ピーク抑圧性能の所望の要求値を満たすよう、所定の範囲の数値に設定してもよい。

また、位相判定部１３は、算出した位相回転量が“０”の場合は、初期化信号は出力しないこととする。したがって、この場合、実数ピーク抑圧部１６−１，１６−２は初期化されない。算出した位相回転量が“０”以外の値の場合に、位相判定部１３は初期化信号を出力し、実数ピーク抑圧部１６−１，１６−２は初期化される。

位相回転部１４は、位相判定部１３が出力された位相回転量に基づき処理対象信号の全サンプルに対してその位相回転量の位相回転を行い、位相回転後の信号をＩ／Ｑ分離部１５に出力する。Ｉ／Ｑ分離部１５は、入力された位相回転後の信号を実部と虚部にわけ、実部信号を実数ピーク抑圧部１６−１に、虚部信号を実数ピーク抑圧部１６−２に、それぞれ出力する。

実数ピーク抑圧部１６−１，１６−２は、それぞれ実部信号と虚部信号に対して実数信号に対するピーク抑圧処理を行う。このとき、位相判定部１３から初期化信号から出力された場合ピーク抑圧処理の初期化を行う。ピーク抑圧処理方式として、ここでは、たとえば、「B. S. Krongold and D. L Jones,“An Active-Set Approach for OFDM PAR Reduction via Tone Reservation”」に記載の方式を用いる場合について説明する。この方式では、最大電力サンプルに対するピーク抑圧処理を繰り返してピーク電力を低減していくが、繰り返し回数によらず信号の位相が一定であることが前提である。一方、位相回転部１４で“０”以外の位相回転量の位相回転処理が行われる場合、その前の繰り返し回数の繰り返し処理と実数ピーク抑圧部１６−１，１６−２で処理される位相が異なってしまうことになる。したがって、本実施の形態では、位相判定部１３が、算出した位相回転量が“０”以外の値の場合は、実数ピーク抑圧部１６−１，１６−２へ初期化信号を出力し、実数ピーク抑圧部１６−１，１６−２を初期化する（実数ピーク抑圧部１６−１，１６−２の処理で用いるパラメータなどを初期化するとともに、実数信号に対するピーク抑圧処理の繰り返し回数を初期化する）こととする。

実数ピーク抑圧部１６−１，１６−２は、それぞれ出力信号をＩ／Ｑ合成部１７に出力し、Ｉ／Ｑ合成部１７は、それらの出力信号を複素信号として合成し、選択部１０に出力するとともに、合成した複素信号を出力したことを制御部９に通知する。ここまでの処理で、複素ピーク抑圧部４の初回の全体処理が完了する。

つぎに、制御部９は、選択部１０にＩ／Ｑ合成部から合成した複素信号の入力があったことを検知すると、選択部１０に２回目の全体処理としてＩ／Ｑ合成部１７の出力信号を処理対象信号として選択するように指示する。これ以降の選択部１０，ピーク検索部１１，位相計算部１２，位相判定部１３，位相回転部１４，Ｉ／Ｑ分離部１５，実数ピーク抑圧部１６−１，１６−２，Ｉ／Ｑ合成部１７の処理は、処理対象信号が合成した複素信号とする以外は、初回の処理と同様である。そして、Ｉ／Ｑ合成部１７の処理が終了すると、ふたたび選択部１０からの処理が開始され、以降、選択部１０，ピーク検索部１１，位相計算部１２，位相判定部１３，位相回転部１４，Ｉ／Ｑ分離部１５，実数ピーク抑圧部１６−１，１６−２，Ｉ／Ｑ合成部１７の処理の全体処理の繰り返し数が所定の回数に達する、または、ピーク抑圧レベルが所定の基準を満たすまで、処理が繰り返される。なお、この繰り返し数は、選択部１０がＩＦＦＴ部３から入力された複素信号を処理する場合を初回とし、以降、選択部１０がＩ／Ｑ合成部１７から出力を受け取るたびにカウントアップされる繰り返し数である。すなわち、実数ピーク抑圧部１６−１，１６−２が初期化信号を受信した場合に初期化する繰り返し数（実数信号に対するピーク抑圧処理の繰り返し数）とは別に、制御部９が管理する繰り返し数（以下、全体処理の繰り返し数という）である。

制御部９は、全体処理の繰り返し数が所定の回数に達する、または、Ｉ／Ｑ合成部１７の出力の複素信号のピーク抑圧レベルが所定の基準を満たしたか否かを監視する。そして、全体処理の繰り返し数が所定の回数に達する、または、Ｉ／Ｑ合成部１７の出力の複素信号のピーク抑圧レベルが所定の基準を満たした場合には、逆高速フーリエ変換１回分の逆高速フーリエ変換信号に対するピーク抑圧処理は終了と判断し、Ｉ／Ｑ合成部１７に対し、合成した複素信号をＣＰ付加部５に出力するよう指示する。また、制御部９は、実数ピーク抑圧部１６−１，１６−２に初期化信号を送信し、実数ピーク抑圧部１６−１，１６−２は初期化される。そして、ＩＦＦＴ部３から次の逆高速フーリエ変換１回分の逆高速フーリエ変換信号が入力されて、上述のピーク抑圧処理が行われる。

なお、本実施の形態では、制御部９が、選択部１０の入力を監視し、全体処理の繰り返しを制御するようにしたが、これに限らず、選択部１０に制御部９の機能を持たせ、制御部９を削除した構成としてもよい。

以上のように、本実施の形態では、ピーク抑圧の対象となる信号の最大電力サンプルの位相を求め、最大電力サンプルの位相が目標位相になるように位相回転量を求め、ピーク抑圧の対象となる信号をその位相回転量だけ回転させて、位相回転後の信号を実部と虚部に分離し、それぞれの信号に対して実数信号に対するピーク抑圧処理を行うようにした。このため、信号の実部および虚部にそれぞれ実数ピーク抑圧を行う場合に問題となる抑圧性能の劣化を改善することができる。また、従来の、異なる位相回転量を与えた複数の信号に対してそれぞれピーク抑圧処理を行いピーク抑圧性能のよい信号を選択する方式に比べ、演算量を大幅に削減することができる。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２にかかる複素ピーク抑圧部４ａの機能構成例を示す図である。図３に示すように、本実施の形態の複素ピーク抑圧部４ａは、実数ピーク抑圧部１６−２を削除する以外は、実施の形態１の複素ピーク抑圧部４と同様である。本実施の形態の通信装置の構成は、複素ピーク抑圧部４を複素ピーク抑圧部４ａに替える以外は、実施の形態１の通信装置と同様である。実施の形態１と同一の機能を有する構成要素は、同一の符号を付して説明を省略する。以下、実施の形態１と異なる部分についてのみ説明する。

つづいて、本実施の形態のピーク抑圧処理について説明する。以下、実施の形態１と異なる部分についてのみ説明する。制御部９，選択部１０，ピーク検索部１１，位相計算部１２，位相判定部１３，位相回転部１４，Ｉ／Ｑ分離部１５の処理は実施の形態１と同様である。ただし、位相判定部１３は、初期化信号を送出する場合、実数ピーク抑圧部１６−１のみに出力する。また、Ｉ／Ｑ分離部１５は、実部信号については実施の形態１と同様に実数ピーク抑圧部１６−１のみに出力し、虚部信号についてはＩ／Ｑ合成部１７に出力する。

実数ピーク抑圧部１６−１は、実施の形態１と同様の処理を行い、ピーク抑圧処理された出力信号を実施の形態１と同様にＩ／Ｑ合成部１７に出力する。Ｉ／Ｑ合成部１７は、実数ピーク抑圧部１６−１から出力されたピーク抑圧処理後の実部信号とＩ／Ｑ分離部１５から出力された虚部信号を合成して複素信号として選択部１０に出力する。本実施の形態のこれ以外のピーク抑圧処理は、実施の形態１と同様である。また、本実施の形態のピーク抑圧処理以外の動作は、実施の形態１と同様である。

以上のように、本実施の形態では、ピーク抑圧の対象となる信号の最大電力サンプルの位相を求め、最大電力サンプルの位相が目標位相になるように位相回転量を求め、ピーク抑圧の対象となる信号をその位相回転量だけ回転させて、位相回転後の信号を実部と虚部に分離し、実部の信号に対してのみ実数信号に対するピーク抑圧処理を行うようにした。このため、実施の形態１に比べ、さらに演算量を削減することができる。また、本実施の形態では、目標位相を“０”付近に設定することにより、実施の形態１のピーク抑圧性能に近いピーク抑圧性能を得ることができる。

実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３にかかる位相判定部１３ａの機能構成例を示す図である。図４に示すように、本実施の形態の位相判定部１３ａは、比較値生成部１８と、比較部１９と、選択部２０と、ゼロ生成部２１と、で構成される。本実施の形態の通信装置の構成は、位相判定部１３を位相判定部１３ａに替える以外は、実施の形態１または実施の形態２の通信装置と同様である。実施の形態１または実施の形態２と同一の機能を有する構成要素は、同一の符号を付して説明を省略する。以下、実施の形態１または実施の形態２と異なる部分についてのみ説明する。

つづいて、本実施の形態の位相判定部１３ａの動作について説明する。まず、位相計算部１２から入力された最大電力サンプルの位相（θとする）は、比較部１９と選択部２０に入力される。また、ゼロ生成部２１は、“０”を生成して選択部２０に出力する。比較値生成部１８は、位相許容値Δθを保持しており、比較部１９にΔθを出力する。ただし、本実施の形態では、位相許容値Δθを“０”以外の数値とする。

比較部１９は、入力されたθとΔθを比較し、比較結果に基づいて選択部２０を制御する。具体的には、｜θ｜＜｜Δθ｜の場合は、選択部２０にゼロ生成部２１から入力された“０”を選択して出力するように指示し、それ以外の場合はθを選択して出力するように指示する。そして、選択部２０は、比較部１９からの指示に基づいて入力値の選択を行い、選択結果を位相回転部１４へ出力する。また、比較部１９は、θを選択して出力するように指示した場合には、初期化信号を実数ピーク抑圧部１６−１，１６−２（実施の形態２の構成の場合には、実数ピーク抑圧部１６−１のみ）へ出力する。なお、本実施の形態の位相判定部１３ａ以外の動作については、実施の形態１または実施の形態２と同様である。

なお、本実施の形態では、位相許容値Δθを単一の値として比較したが、比較方法はこれに限らず、Δθ替わりに、位相許容値をΔθ１〜Δθ２の範囲として定め、比較部１９は、Δθ１＜θ＜Δθ１の場合に、“０”を選択して出力するように指示し、それ以外の場合にθを選択して出力するように指示するようにしてもよい。

このように、本実施の形態では、位相許容値をあらかじめ設定し、ピーク抑圧処理の前後の位相の変化が位相許容値の絶対値以下である場合に、実数ピーク抑圧部１６−１，１６−２を初期化しないようにした。このため、誤差などにより微小な変化があった場合に、実数ピーク抑圧部１６−１，１６−２が初期化されることがないため、実施の形態１および実施の形態２に比べ、さらにピーク抑圧の性能が向上する。

なお、比較値生成部１８が保持する位相許容値Δθを一定値とせずに、全体処理の繰り返し回数に応じて変えるようにしてもよい。たとえば、初回の処理にはΔθ＝０とし、繰り返し数に応じて徐々に値を増やしていくなど、後段の実数ピーク抑圧部１６−１，１６−２の動作特性に応じて決定するようにするとピーク抑圧性能がさらに向上する。

実施の形態４．
図５は、本発明の実施の形態４にかかる位相判定部１３ｂの機能構成例を示す図である。図５に示すように、本実施の形態の位相判定部１３ｂは、実施の形態３の位相判定部１３ａにカウンタ２２を追加する以外は、実施の形態３の位相判定部１３ｂと同様である。本実施の形態の通信装置の構成は、位相判定部１３を位相判定部１３ｂに替える以外は、実施の形態１または実施の形態２の通信装置と同様である。実施の形態１または実施の形態２と同一の機能を有する構成要素は、同一の符号を付して説明を省略する。以下、実施の形態１、実施の形態２または実施の形態３と異なる部分についてのみ説明する。

つづいて、本実施の形態の位相判定部１３ｂの動作について説明する。まず、位相計算部１２から入力された最大電力サンプルの位相θは、比較部１９と選択部２０に入力される。また、ゼロ生成部２１は、“０”を生成して選択部２０に出力する。比較値生成部１８は、実施の形態３と同様に位相許容値Δθを保持しており、比較部１９にΔθを出力する。本実施の形態では、位相許容値Δθを実施の形態３と同様に“０”以外の数値とする。

比較部１９は、入力されたθとΔθを比較し、比較結果に基づいて制御信号をカウンタ２２に出力する。具体的には、｜θ｜＜｜Δθ｜の場合は、選択部２０にゼロ生成部２１から入力された“０”を選択して出力するように指示する制御信号（以下、“０”選択信号という）を出力し、それ以外の場合はθを選択して出力するように指示する制御信号を出力する。

カウンタ２２は、比較部１９から入力される制御信号を監視し、“０”選択信号を連続して受信した回数をカウントする。そして、連続して受信した回数が、あらかじめ設定された所定の回数に達した場合に、初期化信号を実数ピーク抑圧部１６−１，１６−２（実施の形態２の構成の場合には実数ピーク抑圧部１６−１のみ）に出力するとともに、カウント値を初期化する。また、カウンタ２２は、比較部１９から入力される制御信号を選択部２０に出力し、選択部２０は、制御信号に基づいて、選択を行い、選択結果を移動回転部１４へ出力する。なお、本実施の形態の位相判定部１３ｂ以外の動作については、実施の形態１または実施の形態２と同様である。さらに、カウンタ２２は、θを選択して出力するように指示した場合には、初期化信号を実数ピーク抑圧部１６−１，１６−２（実施の形態２の構成の場合には、実数ピーク抑圧部１６−１のみ）へ出力する。

実数ピーク抑圧部１６−１，１６−２の実装方法によっては、１ＯＦＤＭシンボルの途中で初期化せずにピーク抑圧処理を連続していくと、逆行列サイズの増大などにより計算量が大きくなるという問題が発生する場合がある。この場合、最大の逆行列サイズに制約をかける必要が生じる場合がある。本実施の形態では、そのような制約を考慮して、ピーク抑圧処理の連続実行回数に上限を設けることが可能となるため、さらに演算量の削減が可能となる。

なお、位相許容値を、実施の形態３で説明したようにΔθ１〜Δθ２の範囲として定め、比較部１９は、Δθ１＜θ＜Δθ１の場合に、“０”を選択して出力するように指示し、それ以外の場合にθを選択して出力するように指示する制御信号を出力するようにしてもよい。

以上のように、本実施の形態では、カウンタ２２が“０”選択信号を連続して受信した回数をカウントし、連続して受信した回数が所定の回数以上となった場合に実数ピーク抑圧部１６−１，１６−２に初期化信号を送信するようにした。このため、実数ピーク抑圧部１６−１，１６−２が初期化されずに繰り返し処理を行う回数を制限することができ、実施の形態１〜３にくらべ、さらに、ピーク抑圧性能を向上させることができる。

実施の形態５．
図６は、本発明の実施の形態５にかかる実数ピーク抑圧部１６ａの機能構成例を示す図である。本実施の形態の複素ピーク抑圧部は、実施の形態１のピーク抑圧部４の実数ピーク抑圧部１６−１，１６−２（実数ピーク抑圧部１６−１と１６−２は同一の構成）をそれぞれ本実施の形態の実数ピーク抑圧部１６ａに替える以外は実施の形態１のピーク抑圧部４と同様である。また、本実施の形態の通信装置は、実施の形態１の通信装置の複素ピーク抑圧部４を本実施の形態のピーク抑圧部に替える以外は、実施の形態１の通信装置と同様である。なお、実施の形態２の通信装置の複素ピーク抑圧部４ａの実数ピーク抑圧部１６−１を本実施の形態の実数ピーク抑圧部１６ａに替えて、本実施の形態の実数ピーク抑圧処理を行うようにしてもよい。また、実施の形態３または実施の形態４の通信装置の実数ピーク抑圧部１６−１，１６−２（実数ピーク抑圧部１６−２を用いない構成の場合は、実数ピーク抑圧部１６−１）を、それぞれ本実施の形態の実数ピーク抑圧部１６ａに替えて本実施の形態の実数ピーク抑圧処理を行うようにしてもよい。以下、実施の形態１〜実施の形態４と異なる部分についてのみ説明する。

図６に示すように、本実施の形態の実数ピーク抑圧部１６ａは、サンプル選択部２３と、ピーク検索部２４と、抑圧信号計算部２５と、加算部２６と、で構成される。本実施の形態のでは、実数ピーク抑圧部１６ａで用いるサンプルの数を制限することにより、実施の形態１〜４に比べさらに演算量を削減する。

つづいて、本実施の形態の実数ピーク抑圧部１６ａの処理（実数ピーク抑圧処理）について説明する。まず、実施の形態１と同様に、Ｉ／Ｑ分離部１５で分離された１ＯＦＤＭシンボル分の実部信号（または虚部信号）が、実数ピーク抑圧部１６ａに入力される。実数ピーク抑圧部１６ａのサンプル選択部２３は、１ＯＦＤＭシンボル分の実部信号（または虚部信号）から所定の選択基準に従ってサンプルを選択する。このときの選択基準としては、たとえば、選択するサンプル数を決めておくようにし、サンプルごとの電力を計算して、電力の高い順に選択するようにする。たとえば、電力の高い順に１０サンプルを選択すると決めておくこととする。６４点ＩＦＦＴを行うとすると、１ＯＦＤＭシンボルあたり６４サンプルが実数ピーク抑圧部に入力されるが、サンプル選択部２３は、サンプルごとの電力を計算し、電力の高い上位１０サンプルを選択することになる。なお、本実施の形態では、サンプル選択を、ピーク抑圧前のＯＦＤＭシンボルに基づいて決定し、以後、抑圧の繰り返し処理中はサンプルを再選択しない方式とするが、これに限らず、繰り返し処理のなかで再選択するようにしてもよい。再選択をしない方式の方が、再選択する方式より演算量を削減することができる。

つぎに、ピーク検索部２４は、サンプル選択部２３が選択したサンプルに対して、電力が最大となるサンプル（ピークサンプル）を検索し、検索した結果をピークサンプルとする。そして、ピーク検索部２４は、サンプル選択部２３が選択したサンプルとピークサンプルを抑圧信号計算部２５へ出力する。抑圧信号計算部２５は、ピークサンプルとサンプル選択部で選択されたサンプルとに基づいて１ＯＦＤＭ分の全サンプル分のピーク抑圧信号を計算し、加算部２６へ出力する。ピーク抑圧信号の計算方法についてはどのような方法を用いても良いが、たとえば、実施の形態１と同様に「B. S. Krongold and D. L Jones,“An Active-Set Approach for OFDM PAR Reduction via Tone Reservation”」に記載の方式を用い、選択基準のサンプル数分のみを用いてピーク抑圧信号を計算する。加算部２６は、１ＯＦＤＭ分の全サンプル分に対して、それぞれに対応するピーク抑圧信号を加算し、Ｉ／Ｑ合成部１７に出力する。

Ｉ／Ｑ合成部１７は、実数信号を処理した実数ピーク抑圧部１６ａと、虚数信号を処理した実数ピーク抑圧部１６ａの出力を合成し、実施の形態１と同様に、合成後の出力は、再び、選択部１０，位相回転部１４，Ｉ／Ｑ分離部１５の処理を経由して、再び実数ピーク抑圧部１６ａに入力される。そして、繰り返し処理が所定の回数行われた後に、ピーク抑圧処理済のＯＦＤＭシンボル信号としてＣＰ付加部５に出力される。また、サンプル選択部２３，ピーク検索部２４，抑圧信号計算部２５は、実施の形態１で説明した位相判定部１３から出力される初期化信号によって、初期状態に初期化される。

このように、本実施の形態では、サンプル選択部２３がサンプルを選択することにより、ピーク抑圧信号の計算対象とするサンプル数を制限することとした。これにより、実施の形態１〜４よりさらに演算量を削減しているが、この点について、以下、詳細に説明する。

図７−１〜７−４は、実施の形態１〜４の実数ピーク抑圧部によるピーク電力抑圧の過程の一例を示す図である。図７−１〜７−４の横軸は、サンプル番号を示し、縦軸はＯＤＦＭシンボルの振幅を示している。図７−１はピーク抑圧処理前のＯＤＦＭシンボルの振幅を示し、図７−２，７−３，７−４は、ピーク抑圧処理の繰り返しをそれぞれ１，２，３回行った後のＯＦＤＭシンボルの振幅を示している。図７−１〜７−４は、サンプルの選択を行っていない例であり、本実施の形態のサンプル選択部２３が１ＯＦＤＭシンボル中の全てのサンプルを選択した状態に等しいため、以下の説明では、本実施の形態の実数ピーク抑圧部１６ａが全てのサンプルを選択したとして図７−１〜７−４を説明する。なお、図７−１〜７−４は、繰り返し処理の間に位相判定部１３によって実数ピーク抑圧部１６ａが初期化されない場合の一例を示している。

サンプル選択部２３の選択の後（この場合は全てのサンプルを選択）、ピーク検索部２４は、１ＯＦＤＭシンボルの中から電力が最大となるサンプル（図７−１の例ではサンプル点２７−１）を選択しピークサンプルとする。抑圧信号計算部２５は、ピークサンプルの電力を抑圧するためのピーク抑圧信号を計算する。

ここで、一般にピーク抑圧信号はサイドローブを持つため、ピーク抑圧処理では、ピークサンプル２７−１のみの振幅を調整することはできず、ピーク抑圧信号の加算によって非ピークサンプルの振幅も変化する。このため、ピーク抑圧信号の加算によりピークサンプルの電力が低減できても、他のサンプルの電力が増加してＰＡＰＲが悪化してしまう可能性もある。このようなＰＡＰＲの悪化を防ぐため、「B. S. Krongold and D. L Jones,“An Active-Set Approach for OFDM PAR Reduction via Tone Reservation”」では、ピーク抑圧後のピークサンプルが、ピーク抑圧前の電力が２番目に高いサンプルと同じ電力となるようにピーク抑圧信号を計算する。したがって、ピーク抑圧前に電力が２番目に高いサンプルをサンプル点２７−２とするとき、図７−２に示すように、１回目のピーク抑圧処理後のＯＦＤＭシンボルは、サンプル点２７−１とサンプル点２７−２と電力が等しくなり、振幅も等しくなる。

同様に、１回目の繰り返し処理の後にサンプル点２７−１，２７−２の次に電力（振幅）の大きいサンプル点２７−３とすると、サンプル点２７−１，２７−２をサンプル点２７−３の電力に等しくなるようにピーク抑圧処理を行う。したがって、図７−３に示すように、２回目のピーク抑圧処理の後には、サンプル点２７−１，２７−２，２７−３の振幅が等しくなる。同様に、２回目のピーク抑圧処理後にサンプル点２７−１，２７−２，２７−３の次に大きいサンプルをサンプル点２７−４とすると、図７−４に示すように、３回目のピーク抑圧処理の後には、サンプル点２７−１，２７−２，２７−３，２７−４の振幅が等しくなる。このような処理を繰り返していくことでＯＦＤＭシンボルのＰＡＰＲが改善されていく。

一方、ピーク抑圧処理後に、抑圧前の非ピークサンプルの電力がピークサンプルの電力を超えないように抑圧処理を繰り返していくためには、１ＯＦＤＭシンボル中の全てのサンプルを用いてピーク抑圧処理後の振幅を考慮したピーク抑圧信号の計算を行う必要がある。図７−１〜７−４では、１ＯＦＤＭシンボルあたり６４サンプルの例を示したが、広帯域の無線通信システムでは１ＯＦＤＭシンボルあたり数千サンプルにもなる場合もあり、このようなシステムでではピーク抑圧信号の計算量が非常に大きくなるという問題がある。

この問題に対して、本実施の形態の実数ピーク抑圧部１６ａでは、サンプル選択部２３が、抑圧後の振幅を考慮するサンプル数を制限するため、従来方式に比べて抑圧信号の計算量を削減することができる。図８−１〜８−４は、本実施の形態の実数ピーク抑圧部１６ａによるピーク電力抑圧の過程を説明するための図である。図８−１は、ピーク抑圧処理前のＯＤＦＭシンボルの振幅を示し、図８−２，８−３，８−４は、ピーク抑圧処理の繰り返しをそれぞれ１，２，３回行った後のＯＦＤＭシンボルの振幅を示している。サンプル点２８−１〜２８−１０は、本実施の形態のサンプル選択部１０が選択したサンプル点を示している。この例は、選択基準として、電力の大きい順に１０サンプルを選択することとしている。

ピーク抑圧処理の繰り返しの過程において、ピークサンプルの次に大きい電力となるサンプル点は、ピーク抑圧処理前に高い電力を有している。たとえば、図８−１〜８−４の例では、図７−１〜７−４の場合と同様に、全てのサンプルを対象にして、ピークサンプルの次に電力の大きいサンプルを選び、そのサンプルと電力が等しくなるようにピーク抑圧を繰り返していくとする。図８−２に示すようにサンプル点２８−１が、まずサンプル点２８−２の電力と等しくなるようにピーク抑圧される。つぎに、図８−３に示すように、サンプル点２８−１，２８−２がサンプル点２８−４と電力が等しくなるようにピーク抑圧される。そして、図８−４に示すように、サンプル点２８−１，２，４が、サンプル点２８−７と等しくようにピーク抑圧される。したがって、図８−３に示す３回の繰り返し処理までに、ピークサンプルの次に電力が大きいとされたサンプル点は、２８−２，２８−４，２８−７であり、これらは、いずれも最初にサンプル選択部２３で、選択されたサンプルに含まれている。したがって、サンプル選択部２３でサンプルを選択することによりピーク抑圧信号の計算対象のサンプル数を制限した場合でも、制限しない場合と同様に抑圧信号の計算を行うことができる。

なお、上述のように、サンプル選択をピーク抑圧処理前のＯＦＤＭシンボルに対して行い、その後の繰り返し処理中には再選択をしない方式の場合は、再選択に伴う計算量の増加は無いが、繰り返し処理が進むにつれて、サンプル選択部２３が選択したサンプル以外のサンプルの電力が選択したサンプルよりも高くなる可能性がある。しかし、これについては、繰り返し回数に比べてサンプル選択部で選択するサンプルの数を十分多くしておけば、抑圧信号は正しく計算できる。また、選択サンプル数が不十分で、繰り返し処理の途中でＰＡＰＲが増大してしまうようなケースでは、繰り返しごとにピーク抑圧処理の前後のＰＡＰＲを比較する手段を別途設けておき、ＰＡＰＲが処理の前後で増大した場合に、繰り返し処理を中断し、それ以上の抑圧処理を行わないようにしてもよい。

以上のように、本実施の形態では、ピーク抑圧信号の計算対象とするサンプル数を制限するようにした。このため、ピーク抑圧性能の向上を実現しつつ、実施の形態１〜４に比べ、さらに、計算量を削減することができる。

以上のように、本発明にかかるピーク抑圧装置、通信装置およびピーク抑圧方法は、マルチキャリア信号を送信する通信装置に有用であり、特に、演算量の削減とピーク抑圧性能向上の両方を実現する通信装置に適している。

本発明にかかる通信装置の実施の形態１の機能構成例を示す図である。 実施の形態１の複素ピーク抑圧部の機能構成例を示す図である。 実施の形態２の複素ピーク抑圧部の機能構成例を示す図である。 実施の形態３の位相判定部の機能構成例を示す図である。 実施の形態４の位相判定部の機能構成例を示す図である。 実施の形態５の実数ピーク抑圧部の機能構成例を示す図である。 実数ピーク抑圧部によるピーク電力抑圧の過程の一例を示す図である。 実数ピーク抑圧部によるピーク電力抑圧の過程の一例を示す図である。 実数ピーク抑圧部によるピーク電力抑圧の過程の一例を示す図である。 実数ピーク抑圧部によるピーク電力抑圧の過程の一例を示す図である。 実施の形態５の実数ピーク抑圧部によるピーク電力抑圧を説明するための図である。 実施の形態５の実数ピーク抑圧部によるピーク電力抑圧を説明するための図である。 実施の形態５の実数ピーク抑圧部によるピーク電力抑圧を説明するための図である。 実施の形態５の実数ピーク抑圧部によるピーク電力抑圧を説明するための図である。

符号の説明

１ 送信データ生成部
２ 変調部
３ ＩＦＦＴ部
４，４ａ 複素ピーク抑圧部
５ ＣＰ付加部
６ Ｄ／Ａ変換部
７ ＲＦ部
８ アンテナ
９ 制御部
１０ 選択部
１１ ピーク検索部
１２ 位相計算部
１３，１３ａ，１３ｂ 位相判定部
１４ 位相回転部
１５ Ｉ／Ｑ分離部
１６−１，１６−２，１６ａ 実数ピーク抑圧部
１７ Ｉ／Ｑ合成部
１８ 比較値生成部
１９ 比較部
２０ 選択部
２１ ゼロ生成部
２２ カウンタ
２３ サンプル選択部
２４ ピーク検索部
２５ 抑圧信号計算部
２６ 加算部
２７−１〜２７−４，２８−１〜２８−１０ サンプル点

Claims (5)

1. 複素送信信号を実部信号と虚部信号に分離し、分離後の信号に対して、実数信号に対するピーク抑圧処理を行うピーク抑圧装置であって、
   前記分離後の信号から所定のサンプル数のサンプルを選択するサンプル選択手段と、
   前記選択したサンプルを用いてピーク抑圧信号を算出する抑圧信号算出手段と、
   を備え、
   前記ピーク抑圧信号と前記分離後の信号とに基づいてピーク抑圧処理後の信号を求め、
   前記ピーク抑圧処理が繰り返し行われる場合に、前記繰り返しごとに、前記ピーク抑圧処理の前後のＰＡＰＲを比較し、前記ピーク抑圧処理後のＰＡＰＲが前記ピーク抑圧処理前のＰＡＰＲを超える場合には、前記繰り返しを停止することを特徴とするピーク抑圧装置。
2. 前記サンプル選択手段は、電力の大きいサンプルから順に前記選択を行うことを特徴とする請求項１に記載のピーク抑圧装置。
3. 前記ピーク抑圧処理が繰り返し行われる場合に、前記サンプル選択手段の処理を、初回のピーク抑圧処理で行い、２回目以降のピーク抑圧処理では、前記抑圧信号算出手段が、初回のピーク抑圧処理で選択したサンプルを用いてピーク抑圧信号を算出することを特徴とする請求項１または２に記載のピーク抑圧装置。
4. 請求項１、２または３に記載のピーク抑圧装置を備え、
   複素送信信号を分離した信号である実数信号と虚数信号に対して、それぞれピーク抑圧処理を実行することを特徴とする通信装置。
5. 複素送信信号を実部信号と虚部信号に分離し、分離後の信号に対して、実数信号に対するピーク抑圧処理を行う通信装置におけるピーク抑圧方法であって、
   前記分離後の信号から所定のサンプル数のサンプルを選択するサンプル選択ステップと、
   前記選択したサンプルを用いてピーク抑圧信号を算出する抑圧信号算出ステップと、
   前記ピーク抑圧信号と前記分離後の信号とに基づいてピーク抑圧処理後の信号を求めるピーク抑圧ステップと、
   を含み、
   前記ピーク抑圧処理が繰り返し行われる場合に、前記繰り返しごとに、前記ピーク抑圧処理の前後のＰＡＰＲを比較し、前記ピーク抑圧処理後のＰＡＰＲが前記ピーク抑圧処理前のＰＡＰＲを超える場合には、前記繰り返しを停止することを特徴とするピーク抑圧方法。

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