JPH09139679A - ピーク電力低減回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マルチキャリア信号に対して、低歪、かつ平
均電力を大幅に減少させないピーク電力低減回路を得
る。 【解決手段】 入力マルチキャリア信号は方向性結合器
１１，第１遅延手段１２，第１可変減衰手段１３，リミ
ッタ１４を順次通って出力される。方向性結合器１１で
分岐された信号は第１検出手段１５に入力され、入力信
号の包絡線電力レベルＬが検出され、その検出出力が第
１制御手段１６に入力される。該手段は電力レベルＬを
しきい値Ｌｔｈ１と比較し、それを超えている場合に、
第１可変減衰手段１３の減衰量を所定時間の間所定量に
設定する。第１遅延手段１２の遅延量は第１検出手段１
５及び第１制御手段１６の動作速度に基づいて設定され
る。第１可変減衰手段１３とリミッタ１４を併用するこ
とにより、リミッタ１４のみでピーク電力を制限した場
合に比べ、出力の帯域外の相互変調歪を抑えることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば移動通信の
基地局や衛星通信などのマルチキャリア送信機に適用さ
れ、複数のキャリアを合成したマルチキャリア信号を増
幅器等に入力する前段において、マルチキャリア信号の
ピーク電力を低減する回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】マルチキャリア信号を構成する各キャリ
アの位相は、互いにさまざまに分布しているため、ある
瞬間には瞬時位相が一致して電圧が同相合成される。そ
の結果、包絡線電力は大幅に増大し、包絡線電力の平均
電力レベルを大幅に上回る包絡線電力尖頭値（ＰＥＰ）
が発生する。このようなマルチキャリア信号を増幅器に
よって低歪で増幅しようとすると、相互変調歪が発生し
ないように、増幅器の所要飽和出力は、例えば包絡線電
力の平均電力レベルの多重数倍に設定しなければならな
い。このことは、増幅器の小形化、省電力化を妨げると
いった問題を生ずる。

【０００３】この増幅器の所要飽和出力を低減するに
は、増幅器に入力する前にマルチキャリア信号のピーク
電力を低減することが必要となる。図１３の回路では、
入力端子１に入力されるマルチキャリア信号は、減衰手
段４を通して出力端子２に接続される。出力端子２の後
ろには、例えば線形増幅器３が接続され、減衰手段４で
ピーク電力を低減したマルチキャリア信号が入力され
る。減衰手段４の減衰量は、線形増幅器３の出力信号に
おける歪が規定量以下となるように設定される。また、
図１４は、図１３と比較して、減衰手段４にかえて、信
号の振幅を所定値（制限値）に制限するリミッタ５を設
けている。リミッタ５としては、ＰＩＮダイオードリミ
ッタ回路を用いることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図１３のように入力信
号をある一定の減衰量だけ減衰させる場合、ピーク電力
が低減するだけでなく、信号の平均電力そのものが減少
する。例えば、入力信号のピーク電力を３dB低減するに
は、減衰器４の減衰量を３dBに設定する必要がある。こ
のとき、マルチキャリア信号の包絡線電力の平均電力レ
ベルも３dB減少する。また、図１４に示す構成では、リ
ミッタ５の制限値を超えるピーク電力の発生時間は短い
ので、信号の平均電力レベルはほとんど減少しないが、
リミッタ５で振幅が制限される際に、増幅器の飽和特性
により受ける影響と同様に、顕著な相互変調歪が発生す
る。

【０００５】本発明は、低歪、かつ平均電力を大幅に減
少させることなく、マルチキャリア信号のピーク電力を
低減する回路を提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、信号を入力端子から入力し、ピーク電力を低減して
出力端子に出力するピーク電力低減回路において、入力
端子と出力端子との間の経路に第１遅延手段、第１可変
減衰手段、リミッタが設けられる。さらに、入力信号の
包絡線電力が第１検出手段により検出され、第１検出手
段により検出された包絡線電力に応じて、第１制御手段
により第１可変減衰手段の減衰量が設定される。

【０００７】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
における第１遅延手段が、伝送線路で置き換えられる。
請求項３の発明によれば、請求項１において、リミッタ
が、第２遅延手段と、第２遅延手段の出力側に設けられ
た第２可変減衰手段と、第２遅延手段に入力される信号
の包絡線電力を検出する第２検出手段と、第２検出手段
の検出信号にしたがって第２可変減衰手段の減衰量を調
整する第２制御手段とを具備するピーク処理部で置き換
えられる。

【０００８】請求項４の発明によれば、請求項１におい
て、リミッタが、第２遅延手段と、第２遅延手段の出力
側に設けられた第２可変減衰手段と、前記第１検出手段
の検出信号にしたがって第２可変減衰手段の減衰量を調
整する第２制御手段を具備するピーク処理部で置き換え
られる。請求項５の発明によれば、請求項３または４に
おいて、前記第１制御手段および前記第２制御手段が、
一つの制御手段で構成され、前記第１可変減衰手段およ
び前記第２可変減衰手段の減衰量をそれぞれ調整する。

【０００９】請求項６の発明によれば、請求項３乃至５
のいずれかにおいて、第２遅延手段が伝送線路で置き換
えられる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１の実施例を参照して、請求項
１の発明の実施の形態を説明する。図１には図１３と対
応する部分に同一の符号を付けてある。この発明では入
力端子１の後ろに方向性結合器１１が挿入され、方向性
結合器１１の一方の出力経路には、入力されるマルチキ
ャリア信号を遅延させる第１遅延手段１２，第１可変減
衰手段１３およびリミッタ１４が設けられ、マルチキャ
リア信号はこれらを通過して出力端子２に出力される。
方向性結合器１１でもう一方に分岐された経路には、マ
ルチキャリア信号の包絡線電力レベルを検出する第１検
出手段１５が設けられ、第１検出手段１５の検出信号が
第１制御手段１６に入力される。

【００１１】第１制御手段１６は、第１検出手段１５で
検出されたマルチキャリア信号の包絡線電力レベルをし
きい値と比較し、しきい値を超えた場合に、第１可変減
衰手段１３の減衰量を所定時間の間所定量に設定する。
第１遅延手段１２の遅延量は、第１検出手段１５および
第１制御手段１６の動作速度に基づいて設定される。第
１遅延手段１２は遅延線路を用いて構成できる。第１可
変減衰手段１３はＰＩＮダイオード等を用いて容易に構
成でき、市販の製品も使用可能である。また、リミッタ
１４は、ＰＩＮダイオードリミッタ回路を用いて構成で
きる。第１検出手段１５は、ダイオードとコンデンサを
用いて構成でき、マルチキャリア信号の包絡線電力の変
動に追従するように素子のパラメータが決定され、包絡
線電力レベルに応じた信号を第１制御手段１６に出力す
る。

【００１２】第１制御手段１６は、例えば、基本回路と
してＡ／Ｄ変換器、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ，ＲＡ
Ｍ，Ｄ／Ａ変換器等で構成され、第１検出手段１５から
入力される検出信号を監視しつつ、第１可変減衰手段１
３の減衰量を設定、調整する機能を有する。以下、この
第１制御手段１６の制御動作を詳しく説明する。図２Ａ
は第１制御手段１６の制御動作を流れ図形式で示した図
である。まず、第１検出手段１５においてマルチキャリ
ア信号の包絡線電力レベルＬが検出され（ステップＳ
１），そのレベルがしきい値Ｌｔｈ１を超えるかどうか
が判断される（Ｓ２）。電力レベルＬがＬｔｈ１を超え
る場合、あらかじめ定められた減衰動作にしたがって第
１可変減衰手段１３の減衰量Ｄ１が調整される（Ｓ
３）。この第１可変減衰手段１３の動作のタイムチャー
トを図２Ｂに示す。この減衰動作後、再び包絡線電力レ
ベルＬを検出する段階Ｓ１に戻る。

【００１３】ここで第１可変減衰手段１３によりマルチ
キャリア信号の電力レベルを調整することで発生する歪
のスペクトルは、第１可変減衰手段１３の減衰動作時間
ΔＴと減衰量Ｄ１とを規定する時間関数により変化す
る。ΔＴをマルチキャリア信号の各キャリアの変調周期
程度に設定し、減衰量Ｄ１を例えばブラックマン・ハリ
スの窓関数に従うように緩やかな変化で規定することに
より、歪を入力マルチキャリア信号の帯域内に抑えるこ
とが可能である。減衰量Ｄ１の最大値は例えば３dB程度
に設定する。また、減衰量を窓関数で規定することによ
り、ΔＴの間、例えば減衰量を３dBに固定する場合に比
較して、減衰による平均電力の減少は小さい。

【００１４】ブラックマン・ハリスの窓関数の立ち上が
りは図２Ｂで示されるように緩やかであるため、この窓
関数にしたがって規定される減衰動作の開始直後は、ピ
ーク電力の低減効果が小さい。しかしながら、第１遅延
手段１２の遅延量を適切に設定することにより、窓関数
で規定される減衰量の時間的な立ち上がり位置を調整す
ることも可能である。例えば、第１可変減衰手段１３の
減衰量が最大になる時間と、第１可変減衰手段１３に入
力される信号において包絡線電力レベルＬがＬｔｈ１を
超えるタイミングとが一致するように、第１遅延手段１
２の遅延量を設定する。

【００１５】なお、第１可変減衰手段１３の減衰量Ｄ１
はブラックマン・ハリスの窓関数に限らず、他の窓関
数、例えばハミングの窓関数やハニングの窓関数等を用
いることも可能である。以上のように第１可変減衰手段
１３を動作させることにより、減衰量の変化に伴う歪を
入力信号の帯域内に抑えてピーク電力を低減することが
できる。この第１可変減衰手段１３とリミッタ１４を併
用することにより、図１４のようにリミッタ１４のみで
ピーク電力を制限した場合に比べ、出力信号の帯域外に
発生する相互変調歪を低レベルに抑えることができる。
リミッタの制限値Ｌｔｈ２は、例えばＬｔｈ１と等しく
設定され、この発明のピーク電力低減回路の出力するマ
ルチキャリア信号のピーク電力はＬｔｈ１（＝Ｌｔｈ
２）に抑えられる。

【００１６】以上の一連の制御を常時、または間欠的に
実行することにより、低歪に、かつ平均電力を大幅に減
少させることなく、マルチキャリア信号のピーク電力を
低減することができる。図３乃至図５は、請求項１の発
明の他の実施例を示したものである。これらの実施例
は、図１と比較して、方向性結合器１１，第１遅延手段
１２，第１可変減衰手段１３，およびリミッタ１４の順
序がいろいろと入れ替えられたものであり、制御動作に
ついては、図２の説明と同様である。

【００１７】図６に請求項２の発明の実施例を示す。こ
の実施例は図１と比較して、第１遅延手段１２が伝送線
路１７で置き換えられたものであり、その他に関しては
図１と同様である。第１検出手段１５および第１制御手
段１６の動作が、マルチキャリア信号の包絡線電力レベ
ルの変動に比較して十分に高速である場合、第１遅延手
段１２は必ずしも必要なく、遅延の少ない伝送線路１７
で置き換え可能である。図３，図４および図５の実施例
についても同様である。

【００１８】請求項１および請求項２の発明を実施する
場合には、第１可変減衰手段１３またはリミッタ１４に
おいて高調波成分が発生する。図７は、この高調波成分
を除去する手段を設けた実施例を示す図であり、図１と
比較して、出力端子２の前段に帯域通過フィルタ１８を
備えた点が異なる。図８に請求項３の発明の実施例を示
す。この実施例は、図１においてリミッタ１４で構成さ
れる部分が、方向性結合器２１，第２遅延手段２２，第
２可変減衰手段２３，第２検出手段２５および第２制御
手段２６で構成されるピーク処理部３０で置き換えたも
のである。その他については図１と同様であり、図１と
同一の符号を付けて示す。以下に、ピーク処理部３０の
動作について説明する。

【００１９】第１可変減衰手段１３の出力信号は、方向
性結合器２１に入力される。方向性結合器２１の一方の
出力経路には、信号を遅延させる第２遅延手段２２と第
２可変減衰手段２３とが設けられ、出力端子２に接続さ
れる。方向性結合器２１でもう一方に分岐された経路に
は、信号の包絡線電力レベルを検出する第２検出手段２
５が設けられ、第２検出手段２５の検出信号が第２制御
手段２６に入力される。第２制御手段２６は、第２検出
手段２５で検出される信号の包絡線電力レベルがしきい
値を超えている場合に、第２可変減衰手段２３の減衰量
を所定量だけ、例えば信号の包絡線電力がしきい値に制
限されるように設定する。第２遅延手段２２の遅延量
は、第２検出手段２５および第２制御手段２６の動作速
度に応じて設定される。

【００２０】第２制御手段２６の制御動作を流れ図形式
で図９Ａに、また信号の包絡線電力波形と第２可変減衰
手段２３の減衰動作を対応させて図９Ｂにそれぞれ示
す。図９Ａに示すように、ピーク処理部３０に入力され
る信号の包絡線電力レベルＬ２が検出され（Ｓ４），Ｌ
２がしきい値Ｌｔｈ２を超えるかどうかが判断される
（Ｓ５）。Ｌ２がＬｔｈ２を超える場合、第２可変減衰
手段２３の減衰量Ｄ２が調整され（Ｓ６），再び包絡線
電力レベルＬ２を検出する段階Ｓ４に戻る。なお、段階
Ｓ５でＬ２がＬｔｈ２を超えない場合は、減衰量は０dB
に設定され（Ｓ７),包絡線電力レベルＬ２を検出する段
階Ｓ４に戻る。図９Ｂ（ａ）に示す包絡線電力レベルＬ
２の変化に対しての減衰量Ｄ２の変化の一例を図９Ｂ
（ｂ）に示す。減衰量Ｄ２は、信号の包絡線電力Ｌ２が
Ｌｔｈ２で制限されるように調整され、９Ｂ（ｃ）に示
す包絡線電力波形が、第２可変減衰手段２３の出力信号
として得られる。ただし図９Ｂでは、ピーク処理部３０
の入出力間の利得を１と仮定している。

【００２１】図３乃至図７のリミッタ１４についても同
様にピーク処理部３０により構成できる。このように請
求項１におけるリミッタをピーク処理部３０で構成する
ことにより、高調波成分の発生が抑制される。以上の説
明は、第２可変減衰手段２３の動作中、減衰量Ｄ２はＬ
２に応じて変化するように説明したが、第１可変減衰手
段１３に設定される減衰量Ｄ１のようにあらかじめ窓関
数で規定することや、減衰量をある一定の値に固定する
ことも可能である。

【００２２】以上の一連の制御を常時または間欠的に実
行することにより、マルチキャリア信号のピーク電力を
低歪に低減することができる。図１０に請求項４の発明
の実施例を示す。この実施例の回路は、図８に示す回路
のピーク処理部３０から方向性結合器２１および第２検
出手段２５を取り除いたものであり、第２制御手段が第
１検出手段１５の検出信号にしたがって第２可変減衰手
段２３の減衰量を制御することが特徴である。その他に
ついては図８と同様であり、図８と同一の符号を付けて
示す。第１制御手段１６の制御動作があらかじめ定めら
れているならば、図８の実施例における第２検出手段２
５は必ずしも必要なく、第１検出手段１５の検出信号を
利用して、第２可変減衰手段２３の減衰量を調整でき
る。

【００２３】図１１に請求項５の発明の実施例を示す。
図８の実施例と比較して、第１制御手段１６および第２
制御手段２６が一つの制御手段２８で置き換えられたも
のである。ここで、第１検出手段１５および第２検出手
段２５の検出信号は制御手段２８に入力され、第１可変
減衰手段１３および第２可変減衰手段２３の減衰量が制
御手段２８により設定、調整される。制御手段２８の内
部では、図２および図９で説明した制御動作と同様の動
作が並列に実行される。

【００２４】図１２は請求項６の発明の実施例を示す。
図８と比較して、第１遅延手段１２および第２遅延手段
２２が、各々伝送線路１７および伝送線路２７で置き換
えられたものであり、その他に関しては図８と同様であ
る。第１検出手段１５，第１制御手段１６，第２検出手
段２５および第２制御手段２６の動作がマルチキャリア
信号の包絡線電力レベルの変動に比較して十分に高速で
ある場合、第１遅延手段１２および第２遅延手段２２は
必ずしも必要なく、遅延の少ない伝送線路で置き換え可
能である。また、この実施例では、第１遅延手段１２お
よび第２遅延手段２２の両方を伝送線路で置き換えた場
合を示したが、第１検出手段１５，第１制御手段１６，
第２検出手段２５および第２制御手段２６の動作速度に
応じて、第１遅延手段１２および第２遅延手段２２のい
ずれか一方を伝送線路で置き換える場合もある。

【００２５】これまでの説明では、方向性結合器１１ま
たは１１と２１を設けるものとしたが、これらを省略す
ることもできる。また入力信号をマルチキャリア信号と
したが、その他の信号であってもよい。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、従
来の図１３の減衰手段による場合に比べて、平均電力を
大幅に減少させることなく、マルチキャリア信号のピー
ク電力を低減することが可能となる。したがって、例え
ば移動通信用基地局装置、衛星通信等のマルチキャリア
送信装置における増幅器の前段にこの発明のピーク電力
低減回路を設けることにより、増幅器の所要飽和電力を
大幅に低減することができる。

【００２７】この発明によれば、第１遅延手段１２，第
１可変減衰手段１３，第１検出手段１５および第１制御
手段１６など、リミッタ１４またはピーク処理部３０を
除いた回路によって、変調周期程度の時間幅内で第１可
変減衰手段１３の減衰量を緩やかに変化させることによ
り、減衰動作により発生する雑音を自帯域内に抑え、ピ
ークを低減することができる。したがって、リミッタ１
４またはピーク処理部３０で行うピーク抑圧に伴う帯域
外雑音を、リミッタのみでピーク電力を制限する図１４
の従来の場合よりかなり低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明の実施例を示すブロック図。

【図２】Ａは図１中の制御手段１６の制御動作例を示す
流れ図、Ｂは図１中の可変減衰手段１３の減衰量の時間
に対する変化を示す図。

【図３】請求項１の発明の他の実施例を示すブロック
図。

【図４】請求項１の発明の更に他の実施例を示すブロッ
ク図。

【図５】請求項１の発明の更に他の実施例を示すブロッ
ク図。

【図６】請求項２の発明の実施例を示すブロック図。

【図７】請求項１の発明の更に他の実施例を示すブロッ
ク図。

【図８】請求項３の発明の実施例を示すブロック図。

【図９】Ａは図８中の第２制御手段２６の制御動作例を
示す流れ図、Ｂは図８中のピーク処理部３０内の要部の
動作波形図。

【図１０】請求項４の発明の実施例を示すブロック図。

【図１１】請求項５の発明の実施例を示すブロック図。

【図１２】請求項６の発明の実施例を示すブロック図。

【図１３】従来の減衰器を用いたピーク電力低減回路を
示すブロック図。

【図１４】従来のリミッタを用いたピーク電力低減回路
を示すブロック図。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 信号を入力端子から入力し、ピーク電力
   を低減して出力端子に出力するピーク電力低減回路にお
   いて、 該入力端子と該出力端子の間の経路に挿入された第１可
   変減衰手段と、 該入力端子と該出力端子の間の経路に挿入された、入力
   される信号の振幅を所定レベルに制限して出力するリミ
   ッタと、 該入力端子と該第１可変減衰手段の間の経路に挿入され
   た第１遅延手段と、 該入力信号の包絡線電力を検出する第１検出手段と、 該第１検出手段の検出信号にしたがって、該第１可変減
   衰手段の減衰量を調整する第１制御手段と、 を具備することを特徴とするピーク電力低減回路。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記第１遅延手段を
   伝送線路で置き換えたことを特徴とするピーク電力低減
   回路。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記リミッタを、 第２遅延手段と、 該第２遅延手段の出力側に設けられた第２可変減衰手段
   と、 該第２遅延手段に入力される信号の包絡線電力を検出す
   る第２検出手段と、 該第２検出手段の検出信号にしたがって該第２可変減衰
   手段の減衰量を調整する第２制御手段と、 を具備するピーク処理部で置き換えたことを特徴とする
   ピーク電力低減回路。
4. 【請求項４】 請求項１において、前記リミッタを、 第２遅延手段と、 該第２遅延手段の出力側に設けられた第２可変減衰手段
   と、 前記第１検出手段の検出信号にしたがって該第２可変減
   衰手段の減衰量を調整する第２制御手段と、 を具備するピーク処理部で置き換えたことを特徴とする
   ピーク電力低減回路。
5. 【請求項５】 請求項３または４において、前記第１制
   御手段および前記第２制御手段は、前記第１可変減衰手
   段および前記第２可変減衰手段の減衰量をそれぞれ調整
   する一つの制御手段で構成されることを特徴とするピー
   ク電力低減回路。
6. 【請求項６】 請求項３乃至５のいずれかにおいて、第
   ２遅延手段を伝送線路で置き換えたことを特徴とするピ
   ーク電力低減回路。