JP2003258638A - 信号受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】入力信号のダイナミックレンジがＡＤ変換器の
入力レンジに対して大きく変動する場合であっても、常
に入力信号を最適なレベルで受信し、受信品質を維持す
ることができる信号受信装置を提供する。 【解決手段】各々のＡＤ変換器により、それぞれゲイン
の異なる複数のアンプから出力されるアナログ信号をそ
れぞれデジタル信号に変換し、各々のＡＤ変換器から出
力されるデジタル信号をそれぞれ所定数各々のサーキュ
ラバッファに保持すると共に、各々の電力検出器によ
り、各々のＡＤ変換器から出力される所定数のデジタル
信号の電力をそれぞれ検出する。その後、受信信号選択
器により、各々の電力検出器の検出結果に応じて、各々
のサーキュラバッファにそれぞれ所定数保持されたデジ
タル信号の内の１つを選択的に出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ダイナミックレン
ジの非常に広いアナログ信号を受信し、受信したアナロ
グ信号を所定分解能のデジタル信号に変換する信号受信
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＡＤ変換器が変換可能なアナログ信号の
入力レンジは設計時に決定される所定範囲に限定され
る。従って、ＡＤ変換器の入力レンジを超える信号が入
力されるとＡＤ変換器の出力信号は飽和して常に最大値
となり、入力信号の変化をデジタル信号に正しく変換す
ることができない。これとは逆に、微小振幅の信号が入
力されるとＡＤ変換器の出力信号は常に最低値となり、
入力信号の変化を観測することができない。

【０００３】例えば、デジタル方式の携帯電話の場合、
入力信号（受信電波）は所定分解能のデジタル信号に変
換されて後段の処理が行われる。しかし、入力信号のレ
ンジは、フェージング等の影響によって数１０ｄＢの範
囲で大きく変化する。このため、受信電波が弱い時には
感度を上げ、強い時には感度を下げるというように、入
力信号のレンジをＡＤ変換器の入力レンジに合わせる自
動利得制御回路（ＡＧＣ）が一般的に用いられている。

【０００４】例えば、特開２００１−２４４７６５号公
報には、可変利得増幅器により増幅された後、Ａ／Ｄ変
換器によりディジタル化された無線受信信号の電力レベ
ルと所定の基準レベルとの差に基づいて可変利得増幅器
の利得を自動制御する方法において、電力レベルが基準
レベルよりも小さな場合、電力レベルが基準レベルより
も大きな場合における変動幅よりも小さな変動幅に基づ
いて、可変利得増幅器の利得を制御する自動利得制御方
法が開示されている。

【０００５】また、特開２００１−２８４９９６号公報
には、受信信号の受信レベルに基づいて収束係数を決定
し、受信信号を用いて得られる参照値と予め設定された
目標値とのずれを検出し、検出結果と収束係数とに基づ
いて制御電圧を算出し、算出した制御電圧に従って受信
信号を増幅するゲイン制御方法が開示されている。

【０００６】また、特開平０９−３０７３８０号公報に
は、ベースバンド帯の受信信号をその各シンボルごとに
複数回サンプリングしてディジタル信号とし、このディ
ジタル受信信号からその各サンプルごとの瞬時電力値を
検出してこれらの瞬時電力検出値をシンボル単位で平均
してシンボル間平均電力情報を求めるとともに、ディジ
タル受信信号を検波して伝送情報系列を再生し、この再
生された伝送情報系列の符号パターンに応じて固定的に
定まる所定の補正情報を発生し、この補正情報を基にシ
ンボル間平均電力情報を補正して複数のシンボル期間に
亘る平均電力情報を推定し、この推定平均電力情報を基
に高周波もしくは中間周波帯の受信信号およびベースバ
ンド帯の受信信号のうちの少なくとも一方の信号レベル
を可変制御するようにした無線通信装置が開示されてい
る。

【０００７】また、特開２００１−１０２９４７号公報
には、受信品位を検出して基準レベルを設定し、受信機
への高周波信号の入力レベルが基準レベル以下の場合に
は、高周波信号の入力レベルに対して非線形領域を有す
る回路に後置された第２の利得可変回路による利得制御
を動作させ、入力レベルが基準レベルを越えた場合に
は、非線形領域を有する回路に前置された第１の利得可
変回路による利得制御を動作させるとともに第２の利得
可変回路の利得をほぼ一定に維持させるように切り換え
るようにした自動利得制御回路が開示されている。

【０００８】また、特開平１０−０９８３４３号公報に
は、ＡＧＣアンプ前段の中間周波数段の出力を分岐し
て、その一方の信号から受信入力レベルを直流電圧とし
て検出して比較器に入力し、検出電圧があらかじめ設定
した値を越えた場合に比較器を動作させ、比較器出力に
より、受信フロントエンド部の増幅器の前段に設けた可
変減衰器の入切動作をさせるようにした受信機が開示さ
れている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記各公報に開示され
ているように、従来技術の多くは、ＡＤ変換器の入力レ
ベルを理想状態とするために、ＡＤ変換器の前段に設け
られている利得制御用のアンプのゲインを、様々な評価
値（ＲＳＳＩ、ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ、Ｅｂ／Ｎ０等）に
基づいて決定するというものであった。すなわち、入力
信号のレンジをＡＤ変換器の入力レンジに合わせるため
に、アンプのゲインを制御するための具体的な手法を提
案するものであった。

【００１０】しかし、前述のように、デジタル方式の携
帯電話において、フェージング等の影響を受けると、入
力信号のダイナミックレンジがＡＤ変換器の入力レンジ
に対して大きく変動するため、これらの制御の追従性に
応じてＡＤ変換器のビット幅を広くとる必要がある。こ
れに対して、単純にＡＤ変換器のビット分解能を上げる
と極端なコストアップになったり、分解能の高いＡＤ変
換器自体を技術的に製造することができないなどの問題
がある。

【００１１】また、ＡＤ変換器前段に設けられているア
ンプのゲイン制御がフェージングの影響に対して追従で
きたとしても、ゲイン制御が収束するまでの間に受信さ
れた入力信号は、ＡＤ変換器の入力レベルの飽和による
非線形な歪や、微小振幅の入力信号に対する信号の消
失、ＡＤ変換器の量子化によるＳＮ劣化等を受けること
になって入力信号を最適なレベルで受信することができ
ず、受信品質が低下するという問題があった。

【００１２】本発明の目的は、前記従来技術に基づく問
題点を解消し、入力信号のダイナミックレンジがＡＤ変
換器の入力レンジに対して大きく変動する場合であって
も、常に入力信号を最適なレベルで受信し、受信品質を
維持することができる信号受信装置を提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、入力信号を増幅出力する、それぞれゲイ
ンの異なる複数のアンプと、これら各々のアンプから出
力されるアナログ信号をデジタル信号にそれぞれ変換す
る複数のＡＤ変換器と、各々の前記ＡＤ変換器から出力
されるデジタル信号をそれぞれ所定数保持する複数のサ
ーキュラバッファと、各々の前記ＡＤ変換器から出力さ
れる所定数のデジタル信号の電力をそれぞれ検出する複
数の電力検出器と、各々の前記電力検出器の検出結果に
応じて、各々の前記サーキュラバッファにそれぞれ所定
数保持されたデジタル信号の内の１つを選択的に出力す
る受信信号選択器とを備えることを特徴とする信号受信
装置を提供するものである。

【００１４】ここで、上記に記載の信号受信装置であっ
て、さらに、前記受信信号選択器から出力されるデジタ
ル信号に基づいてゲインを決定する制御信号を発生する
自動利得制御回路と、前記ゲインの異なる複数のアンプ
の前段に設けられ、前記自動利得制御回路から供給され
る制御信号に応じてゲインが変更されるアンプとを備え
るのが好ましい。

【００１５】また、前記ゲインの異なる複数のアンプの
ゲインをそれぞれ２のべき乗で連続的または離散的に設
定するのが好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、添付の図面に示す好適実
施例に基づいて、本発明の信号受信装置を詳細に説明す
る。

【００１７】図１は、本発明の信号受信装置の一実施例
の構成概略図である。同図に示す信号受信装置１０は、
ダイナミックレンジの広いアナログ信号を所定分解能の
デジタル信号に変換するものであり、アンプ１２と、そ
れぞれ３個ずつ設けられたアンプ１４，１６，１８、Ａ
Ｄ変換器（ＡＤＣ）２０，２２，２４、サーキュラバッ
ファ２６，２８，３０および電力検出器３２，３４，３
６と、受信信号選択器３８と、自動利得制御回路４０と
を備えている。

【００１８】ここで、アンプ１２は、自動利得制御回路
４０から供給される制御信号に応じて変更されるゲイン
で入力信号を増幅出力する。すなわち、アンプ１２は可
変利得増幅器である。アンプ１２から出力されるアナロ
グ信号は次段のアンプ１４，１６，１８へ共通に入力さ
れる。

【００１９】続いて、アンプ１４，１６，１８は、アン
プ１２から入力されるアナログ信号をあらかじめ設定さ
れている固定のゲインで増幅出力する。すなわち、アン
プ１４，１６，１８は固定利得増幅器である。各々のア
ンプ１４，１６，１８にはそれぞれ異なるゲインが設定
されるが、具体的にどのようなゲインを設定するのかは
何ら限定されない。各々のアンプ１４，１６，１８から
出力されるアナログ信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器
２０，２２，２４へ入力される。

【００２０】ＡＤ変換器２０，２２，２４は、各々対応
するアンプ１４，１６，１８から入力されるアナログ信
号を所定ビット分解能のデジタル信号に変換する。既に
述べたように、ＡＤ変換器２０，２２，２４が変換可能
なアナログ信号の入力レンジは設計時に決定される所定
範囲に限定される。各々のＡＤ変換器２０，２２，２４
から出力されるデジタル信号はそれぞれ対応するサーキ
ュラバッファ２６，２８，３０および電力検出器３２，
３４，３６に入力される。

【００２１】サーキュラバッファ２６，２８，３０は、
それぞれＡＤ変換器２０，２２，２４から入力される最
新のデジタル信号を所定数保持する。このサーキュラバ
ッファ２６，２８，３０はＦＩＦＯメモリであり、本実
施例の場合、各々ＡＤ変換器２０，２２，２４から入力
される最新の１０個のデジタル信号が常に保持される。
サーキュラバッファ２６，２８，３０から出力されるデ
ジタル信号は受信信号選択器３８へ入力される。

【００２２】続いて、電力検出器３２，３４，３６は、
ＡＤ変換器２０，２２，２４から入力される所定個数の
デジタル信号の電力を検出する。本実施例の場合、それ
ぞれサーキュラバッファ２６，２８，３０に保持される
のと同じ最新の１０個のデジタル信号の電力が検出され
る。電力の検出方法は何ら限定されないが、例えば２乗
平均により検出される。電力検出器３２，３４，３６か
ら出力される検出結果は受信信号選択器３８へ入力され
る。

【００２３】受信信号選択器３８は、各々の電力検出器
３２，３４，３６の検出結果に応じて、各々のサーキュ
ラバッファ２６，２８，３０にそれぞれ所定数保持され
たデジタル信号の内の１つを選択的に出力する。受信信
号選択器３８から出力されるデジタル信号は、図示して
いない信号復調器へ入力されると共に、自動利得制御回
路４０にも入力される。

【００２４】最後に、自動利得制御回路４０は、受信信
号選択器３８から入力されるデジタル信号に基づいて、
アンプ１２のゲインを決定するための制御信号を発生す
る。この自動利得制御回路４０から出力される制御信号
はアンプ１２へフィードバックされる。

【００２５】なお、上記各構成要件の内、可変利得増幅
器のアンプ１２、固定利得増幅器のアンプ１４，１６，
１８およびＡＤＣ２０，２２，２４は、いずれも従来公
知のものが利用可能である。また、サーキュラバッファ
２６，２８，３０、電力検出器３２，３４，３６、受信
信号選択器３８および自動利得制御回路４０の具体的な
回路構成も限定されず、同様の機能を果たすものであれ
ば、どのような回路構成のものを用いてもよい。

【００２６】次に、信号受信装置１０の動作を説明す
る。

【００２７】図示例の信号受信装置１０において、入力
信号は、まず、アンプ１２により、制御信号に応じて決
定されるゲインで増幅出力され、続いて、アンプ１４，
１６，１８により、例えば２倍、１倍、１／２倍のゲイ
ンでそれぞれ増幅出力される。その後、アンプ１４，１
６，１８から出力されるアナログ信号は、それぞれＡＤ
変換器２０，２２，２４により、所定ビット分解能、例
えば３ビットのデジタル信号にそれぞれ変換される。

【００２８】ここで、本実施例では、アンプ１２から入
力されるアナログ信号を、それぞれ２倍、１倍、１／２
倍というゲインの異なる３個のアンプ１４，１６，１８
で同時に増幅出力し、それぞれ対応するＡＤ変換器２
０，２２，２４で３ビットのデジタル信号に変換する。
このため、例えばアンプ１２と１個のＡＤ変換器だけを
使用した場合と比べて、ＡＤ変換器２０，２２，２４が
変換可能な信号の入力レンジは実質的に４倍に拡大され
ている。

【００２９】これにより、本発明の信号受信装置１０で
は、自動利得制御回路４０によって、アンプ１２に対す
るゲイン制御（フィードバック制御）が収束するまでの
間に、ゲインが１倍のアンプ１６の入力レンジを超える
信号が入力された場合、アンプ１４，１６の入力レベル
は飽和するが、入力信号の振幅はアンプ１８によって１
／２に減衰されるので、ＡＤ変換器２４の入力レベルが
飽和するのを防止することができる。

【００３０】同様に、ゲイン制御が収束するまでの間
に、微小振幅の信号が入力された場合、アンプ１６，１
８では信号を検出することはできなくても、入力信号の
振幅はアンプ１４によって２倍に増幅されるので、信号
を検出できないということを回避することができる。従
って、本発明の信号受信装置１０では、並列に配置され
たいずれかのＡＤ変換器２０，２２，２４により最適な
入力レンジで信号を受信することができる。

【００３１】このように、本発明の信号受信装置１０で
は、安価なビット分解能の低いＡＤ変換器２０，２２，
２４を使用して、ビット分解能の高い、すなわち信号の
入力レンジの広い高価なＡＤ変換器と同等の機能を実現
可能である。例えば、本実施例の場合、ビット分解能が
３ビットのＡＤ変換器２０，２２，２４を３個用い、そ
れぞれのゲインを２倍、１倍、１／２倍としているの
で、実質的にダイナミックレンジが５ビットのＡＤ変換
器と同等の効果を得ることができる。

【００３２】なお、本実施例では、３個のＡＤ変換器２
０，２２，２４を並列に配置しているが、これに限定さ
れず、２個以上何個のＡＤ変換器を並列に配置してもよ
い。並列配置するＡＤ変換器の個数を増やすことによ
り、ＡＤ変換器のビット分解能に依存せず、ダイナミッ
クレンジの広い信号を受信することが可能になる。ま
た、ＡＤ変換器の入力レンジが十分広く取れるのであれ
ば、アンプ１２および自動利得制御回路４０を省略する
ことも可能である。

【００３３】続いて、ＡＤ変換器２０，２２，２４から
出力されるデジタル信号は、それぞれ対応するサーキュ
ラバッファ２６，２８，３０に入力され、常に最新の１
０個のデジタル信号がそれぞれ保持される。また、サー
キュラバッファ２６，２８，３０に保持されるのと同時
に、電力検出器３２，３４，３６により、それぞれのサ
ーキュラバッファ２６，２８，３０に保持されているの
と同じ最新の１０個のデジタル信号の電力がそれぞれ検
出される。

【００３４】その後、受信信号選択器３８において、電
力検出器３２，３４，３６の検出結果に基づいて、３つ
のサーキュラバッファ２６，２８，３０の内の１つのサ
ーキュラバッファに保持されているデジタル信号が選択
的に出力される。

【００３５】なお、受信信号選択器３８では、例えば電
力検出器３２，３４，３６の検出結果がデジタル信号の
中央値に近いものが、最適なレンジで入力信号を受信で
きていると判断する。入力レベルが高すぎてＡＤ変換器
が飽和した場合、デジタル信号の値は比較的高くなり、
逆に微小振幅の入力信号を受信した場合には、ＡＤ変換
器から出力されるデジタル信号の値は比較的低くなるの
で、容易に最適なものを検出可能である。

【００３６】続いて、受信信号選択器３８から出力され
るデジタル信号は図示していない信号復調器へ入力さ
れ、復調されると共に、自動利得制御回路４０にも入力
され、受信信号選択器３８から出力されるデジタル信号
に基づいて、アンプ１２のゲインを変更するための制御
信号が発生される。例えば、デジタル信号の値が基準値
よりも大きい場合にはアンプ１２のゲインを下げ、小さ
い場合にはアンプ１２のゲインを上げるような制御信号
が発生される。

【００３７】これにより、アンプ１２は、自動利得制御
回路４０から供給される制御信号によって決定されるゲ
インで入力信号を増幅出力し、以後、前述の動作が繰り
返されて自動利得制御が行われる。すなわち、アンプ１
２は、アンプ１４，１６，１８により増幅出力されるア
ナログ信号が、ＡＤ変換器２０，２２，２４のいずれか
で変換可能な最適なレンジとなるように、アンプ１２に
入力される入力信号を増幅出力するよう制御される。

【００３８】既に述べたように、上記実施例では、アン
プ１４，１６，１８のゲインをそれぞれ２倍、１倍、１
／２倍というように、２のべき乗で連続的に設定してい
る。これにより、その入力レンジを４倍の範囲に拡大可
能である。

【００３９】これに対し、例えば上記と同様にビット分
解能が３ビットのアンプ１４，１６，１８を用いる場
合、それぞれのアンプ１４，１６，１８のゲインをそれ
ぞれ８倍、１倍、１／８倍というように、２のべき乗で
離散的に設定することも可能である。この場合、ビット
分解能が３ビットのアンプ１４，１６，１８全体で５４
ｄＢのレンジの信号を受信可能となり、未知の受信信号
レベルに対するアンプ１２へのフィードバック制御の収
束性を向上させることができる。

【００４０】これにより、例えば第３世代の携帯電話の
仕様で規定される周波数間ハンドオーバーの際に必要と
なるコンプレストモード（使用中の周波数帯の回線容量
が逼迫した場合に、違う周波数帯に切り替えるモード）
や、周波数帯を順次変更して空きのある周波数帯を探す
ために行われるバンド間移動セルサーチ等のように、入
力信号のダイナミックレンジが大幅に変動する場合であ
っても、これらの処理を高速に行うことができるように
なる。

【００４１】なお、上記実施例では、アンプ１４，１
６，１８のビット分解能を３ビットとし、そのゲインの
設定を、それぞれ２倍、１倍、１／２倍および８倍、１
倍、１／８倍としたが、本発明はこれらの具体例に限定
されるものではない。固定利得増幅器の個数は２個以上
何個並列に配置してもよいし、そのゲインの設定も何ら
限定されず、必要に応じて適宜決定すればよい。また、
ＡＤ変換器２０，２２，２４の入力レンジやビット分解
能の設定も何ら限定されない。

【００４２】本発明の信号受信装置は、基本的に以上の
ようなものである。以上、本発明の信号受信装置につい
て詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定され
ず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改
良や変更をしてもよいのはもちろんである。

【００４３】

【発明の効果】以上詳細に説明した様に、本発明の信号
受信装置は、ゲインの異なる複数のアンプを並列に配置
して入力信号を同時にＡＤ変換し、それぞれ所定数のデ
ジタル信号を保持すると共に、所定数のデジタル信号の
電力をそれぞれ検出し、その検出結果に応じて、それぞ
れ所定数保持されたデジタル信号の内の１つを選択的に
出力するようにしたものである。本発明の信号受信装置
では、安価なビット分解能の低いＡＤ変換器を用いて、
入力レンジの広い、ビット分解能の高い高価なＡＤ変換
器と同等の機能を実現することができる。すなわち、同
時に広い入力レンジで信号を受信してＡＤ変換し、保持
するので、入力レベルが飽和したり、微小振幅の信号を
検出できないということを回避することができ、常に最
適な入力レベルで受信した信号を利用可能である。これ
により、本発明の信号受信装置によれば、例えばデジタ
ル方式の携帯電話において、フェージング下におけるＡ
Ｄ変換器の非線形歪やＳＮ劣化による受信品質の低下を
軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の信号受信装置の一実施例の構成概略
図である。

【符号の説明】

１０ 信号受信装置 １２，１４，１６，１８ アンプ ２０，２２，２４ ＡＤ変換器 ２６，２８，３０ サーキュラバッファ ３２，３４，３６ 電力検出器 ３８ 受信信号選択器 ４０ 自動利得制御回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力信号を増幅出力する、それぞれゲイン
   の異なる複数のアンプと、これら各々のアンプから出力
   されるアナログ信号をデジタル信号にそれぞれ変換する
   複数のＡＤ変換器と、各々の前記ＡＤ変換器から出力さ
   れるデジタル信号をそれぞれ所定数保持する複数のサー
   キュラバッファと、各々の前記ＡＤ変換器から出力され
   る所定数のデジタル信号の電力をそれぞれ検出する複数
   の電力検出器と、各々の前記電力検出器の検出結果に応
   じて、各々の前記サーキュラバッファにそれぞれ所定数
   保持されたデジタル信号の内の１つを選択的に出力する
   受信信号選択器とを備えることを特徴とする信号受信装
   置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の信号受信装置であって、 さらに、前記受信信号選択器から出力されるデジタル信
   号に基づいてゲインを決定する制御信号を発生する自動
   利得制御回路と、前記ゲインの異なる複数のアンプの前
   段に設けられ、前記自動利得制御回路から供給される制
   御信号に応じてゲインが変更されるアンプとを備えるこ
   とを特徴とする信号受信装置。
3. 【請求項３】前記ゲインの異なる複数のアンプのゲイン
   をそれぞれ２のべき乗で連続的に設定する請求項１また
   は２に記載の信号受信装置。
4. 【請求項４】前記ゲインの異なる複数のアンプのゲイン
   をそれぞれ２のべき乗で離散的に設定する請求項１また
   は２に記載の信号受信装置。