JP2004242137A

JP2004242137A - 無線受信機

Info

Publication number: JP2004242137A
Application number: JP2003030427A
Authority: JP
Inventors: 勉 ▲高▼橋; Tsutomu Takahashi
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2003-02-07
Filing date: 2003-02-07
Publication date: 2004-08-26

Abstract

【課題】従来の方法で問題となっている電力計算のための回路や算出処理を行うことなく、簡単な構成、且つ簡単な制御によってＡＧＣ制御を可能にする無線受信機を提供する。
【解決手段】相関部２が受信した信号と既知の信号との複素相関を求め相関値を出力し、ＡＧＣ制御部３が相関値の最大値を求め、予め希望の信号レベルから求めた相関最大値を参照値とし、参照値と受信信号から求めた最大値との比を求めて、比の値を制御信号として出力し、レベル補正部４がＡＧＣ制御部３から出力された制御信号に従う可変利得で受信した信号の利得増幅（レベル補正）を行う無線受信機である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル無線通信に用いられフレーム構成の信号を受信する無線受信機に係り、特にＲＳＳＩなとの電力計測を必要とせずに簡単な構成且つ単純な制御によってＡＧＣ制御を可能にした無線受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なデジタル無線通信の無線受信機では、受信信号から電力を求める場合、受信信号電界強度（ＲｅｃｅｉｖｅｄＳｉｇｎａｌＳｔｒｅｎｇｔｈＩｎｄｉｃａｔｏｒ：ＲＳＳＩ）を検出し、ＬＯＧアンプ等を通して電力を求める方法や、アナログ／デジタル変換（ＡＤ変換）後、あるいは直交検波後に、ロールオフフィルタ後のデジタルデータからＩ^２＋Ｑ^２を計算して電力を求めている。
そして、その後、求めた電力に対して位相同期ループ（ＰｈａｓｅＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ：ＰＬＬ）などの平均化を行い、平均化された電力値を用いてＡＧＣ制御を行っていた。
【０００３】
具体的にＡＧＣ回路に関連する従来技術としては、アナログ相関器の出力値を用いてＡＧＣ制御する平成１０年４月２４日公開の特開平１０−１０７７６５号「ＣＤＭＡ用ＡＧＣ回路」（出願人：国際電気株式会社、発明者：宮谷徹彦）（特許文献１参照）や、所望信号に対応する拡散コードに基づく相関演算を行い、検出された相関ピーク信号の信号レベルに基づいてＶＧＡの利得を制御する平成１１年１０月２９日公開の特開平１１−２９８３７６号「受信装置、及び受信方法」（出願人：キャノン株式会社、発明者：藤田）（特許文献２参照）がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−１０７７６５号公報（第４−６頁）
【特許文献２】
特開平１１−２９８３７６号公報（第４−６頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＡＧＣ制御方法を用いた無線受信機では、電力計算のための回路が必要となり、回路規模が大きくなるという問題点があった。
また、従来のＡＧＣ制御をソフトウェアで行う場合では、電力を求める際ＬＯＧ計算を行う必要があり、処理速度が遅くなるという問題点があり、またＬＯＧ計算に表を使う方法では、処理速度の点では改善できるが、その表を作成しなければならない手間がかかるという問題点があった。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、上記従来の方法で問題となっている電力計算のための回路や算出処理を行うことなく、簡単な構成、且つ簡単な制御によってＡＧＣ制御を可能にする無線受信機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、既知の信号が挿入されたフレーム構成の信号を受信する無線受信機であって、
受信した信号と既知の信号との複素相関を求め相関値を出力する相関手段と、
相関値の最大値を求め、予め希望の信号レベルから求めた相関最大値を参照値とし、参照値と受信信号から求めた最大値との比を求めて、比の値を制御信号として出力する利得制御手段と、
制御信号に従う可変利得で受信した信号の利得増幅を行う可変利得増幅手段とを有するものなので、
電力計算のための回路や算出処理を行うことなく、簡単な構成、且つ簡単な制御によってＡＧＣ制御を行うことができる。
【０００８】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、既知の信号が挿入されたフレーム構成の信号を受信する無線受信機であって、
受信した信号と既知の信号との複素相関を求め相関値を出力する相関手段と、
相関値の最大値を求め、予め希望の信号レベルから求めた相関最大値を参照値とし、参照値と受信信号から求めた最大値との差分を求めて、差分を累積加算した値を制御信号として出力する利得制御手段と、
制御信号に従う可変利得で受信した信号の利得増幅を行う可変利得増幅手段とを有するものなので、
電力計算のための回路や算出処理を行うことなく、簡単な構成、且つ簡単な制御によってＡＧＣ制御を行うことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
尚、以下で説明する機能実現手段は、当該機能を実現できる手段であれば、どのような回路又は装置であっても構わず、また機能の一部又は全部をソフトウェアで実現することも可能である。更に、機能実現手段を複数の回路によって実現してもよく、複数の機能実現手段を単一の回路で実現してもよい。
【００１０】
本発明に係る無線受信機は、相関手段が受信した信号と既知の信号との複素相関を求め相関値を出力し、利得制御手段が相関値の最大値を求め、予め希望の信号レベルから求めた相関最大値を参照値とし、参照値と受信信号から求めた最大値との比を求めて、比の値を制御信号として出力するか、或いは参照値と受信信号から求めた最大値との差分を求めて、差分を累積加算した値を制御信号として出力し、可変利得増幅手段が利得制御手段から出力された制御信号に従う可変利得で受信した信号の利得増幅を行うものなので、電力計算のための回路や算出処理を行うことなく、簡単な構成、且つ簡単な制御によってＡＧＣ制御を行うことができる。
【００１１】
尚、本発明の実施の形態における各部と図１、図５の各部との対応を示すと、相関手段は、相関部２又は同期処理部１５に相当し、利得制御手段は、ＡＧＣ制御部３又はＡＧＣ制御部１６に相当し、可変利得増幅手段は、レベル補正部４又はＡＧＣアンプ１１に相当している。
【００１２】
本発明の第１の実施の形態に係る無線受信機のＡＧＣ回路部分の構成例について、図１を使って説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る無線受信機におけるＡＧＣ回路部分の概略構成ブロック図である。尚、図１は、無線受信機におけるＡＧＣ制御に関連する部分だけを示している。
本発明の第１の実施形態に係るＡＧＣ回路（第１のＡＧＣ回路）の一構成例としては、図１に示すように、フィルタ部１と、相関部２と、ＡＧＣ制御部３と、レベル補正部４と、復号部５とから構成されている。
【００１３】
本発明の第１のＡＧＣ回路の各部について説明する。
フィルタ部１は、受信信号に対してロールオフフィルタ処理を行う帯域制限フィルタである。
相関部２は、受信信号と、送信側でフレーム中に挿入された既知の信号（参照データ）との複素相関処理を行い、複素相関結果である複素相関値を出力するものである。
ＡＧＣ制御部３は、ＡＧＣ制御のための制御値を演算によって求め、求めた制御値を制御信号として出力するものである。
具体的に、本発明の制御値の算出方法は、入力される複素相関値から複素相関値の最大値（複素相関最大値）を求める最大値検索処理を行い、求めた複素相関最大値と参照値との比を求め、求めた比の値を制御値として出力する。
【００１４】
ここで、参照値とは、予め希望の信号レベルを入力した場合の相関ピーク値を求めておき、当該相関ピーク値（希望相関ピーク値）を参照値とする。
そして、当該参照値に対して、求めた複素相関最大値で除算を行い、除算結果を制御値として出力する。
【００１５】
レベル補正部４は、入力される制御信号の値とフィルタ部１から出力された受信信号とを乗算してレベル補正を行い、レベル補正された信号を後続の復号部５に出力するもので、可変利得増幅手段に相当するものである。
【００１６】
尚、図１の回路を実際の装置として構成する際には、相関部２とＡＧＣ制御部３をＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）で構成して処理させるようになっている。
【００１７】
本発明の無線受信機におけるＡＧＣ回路部分の動作について、図１，図２を使って説明する。図２は、本発明のＡＧＣ回路の動作を説明するフローチャート図である。
本発明の無線受信機におけるＡＧＣ回路部分では、入力される受信信号は、例えばデータの直前に既知の参照パターン（参照データ）が付加されたフレーム構成の信号である。
受信信号は、本発明のＡＧＣ回路に入力されると、フィルタ部１において帯域制限が施され、相関部２で既知の参照データとの複素相関値を求める複素相関処理が行われ（１００）、ＡＧＣ制御部３で複素相関最大値を求める最大値検索が行われ（１０２）、参照値／複素相関最大値の除算処理を行って制御値を求め制御信号として出力され（１０４）、レベル補正部４において、フィルタ部１からの受信信号に制御信号が乗算されてレベル補正が為され（１０６）、ＡＧＣ制御された受信信号が復号部５に出力されることになる。
【００１８】
次に、本発明のＡＧＣ制御方法を用いた場合の具体的なＡＧＣのシミュレーション結果について、図３，図４を使って説明する。図３は、相関部２から出力される相関値を示すグラフ図であり、図４は、図２に示した一連の処理を繰り返し、ＢＥＲ測定を行った結果を示すグラフ図である。
ここで、シミュレーションの条件としては、信号の変調方式は１６ＱＡＭとし、クロック同期は完全に取れているものとして行った。ＡＧＣ制御部３で用いる参照値は、ノイズを付加せず希望レベル入力時の相関最大値（希望相関ピーク値）とし、この場合は、「１４１６」とした。
【００１９】
希望レベルは、領域判定を正常に行うことができるレベルであり、実機では、オシロスコープでコンステレーションを目視し、適当と判断された信号レベルの相関ピーク値を希望相関ピーク値とする。
【００２０】
図３に示したような相関値が得られたときに、ＡＧＣ制御部３で検索された複素相関最大値は「１３６９」であったとすると、除算処理によって１４１６／１３６９が計算され、得られた「１．０３４３」がＡＧＣ制御部３から出力されて、レベル補正部４で乗算されることにより、レベル制御が行われるものである。
【００２１】
この一連の処理を繰り返し、ＢＥＲ測定を行った結果が図４に示したようなもので、受信データとしては、１フレーム２５６シンボル、データ先頭に１５シンボルの参照データを付加したフレーム構成とし、１０００フレーム（１，０２４Ｍｂｉｔ）を送受信させたものについてのシミュレーション結果を示している。
図４のグラフにおいて、○で示した特性が本発明によるＡＧＣ制御のシミュレーション結果であり、▽で示した特性は従来方式のシミュレーション結果であり、破線は理論値を示している。
ここで、シミュレーションに用いた従来方式としては、フレーム先頭から「Ｉ^２＋Ｑ^２」を計算し電力を求め、ＰＬＬ制御を行い、ＰＬＬが安定した点の値を制御値としたものである。
【００２２】
図４のシミュレーション結果から、本発明のＡＧＣ制御方法の特性は、１０^−６の点において理論値からの劣化はおよそ０．５ｄＢ程度であることがわかる。今回の従来方式のシミュレーションではフレーム先頭の参照データは１５シンボルと少なく、ＰＬＬが安定できない場合があるため、理論値から離れてしまう結果となったが、本発明のＡＧＣ制御方式は、従来方式に比べて全体的に劣化が少ないことが確認できた。
以上の結果より本発明のＡＧＣ制御方法は有効である事がわかる。
【００２３】
上記第１の実施形態では、ＡＧＣ制御部３の動作として、複素相関最大値を求め、複素相関最大値と参照値との比の値を求めて制御値としていたが、別の実施形態（第２の実施の形態）として、ＡＧＣ制御部３が複素相関最大値を求め、参照値と複素相関最大値との差分を求め、求めた差分値を累積加算して制御値として出力する実施形態もある。
【００２４】
本発明の第１の実施の形態に係る無線受信機によれば、相関部２で受信信号に対してフレーム中に挿入された既知の信号との複素相関を行い、ＡＧＣ制御部３で複素相関最大値を求めて、複素相関最大値と参照値との比の値を求め、レベル補正部４で比の値を用いてレベル補正するＡＧＣ制御回路としているので、従来のような電力計算のための回路や算出処理を行うことなく、簡単な構成、且つ簡単な制御によってＡＧＣ制御を可能にできる効果がある。
【００２５】
本発明の第２の実施の形態に係る無線受信機によれば、相関部２で受信信号に対してフレーム中に挿入された既知の信号との複素相関を行い、ＡＧＣ制御部３で複素相関最大値を求めて、複素相関最大値と参照値との差分を求め、差分を累積加算し、レベル補正部４で累積加算の値を用いてレベル補正するＡＧＣ制御回路としているので、従来のような電力計算のための回路や算出処理を行うことなく、簡単な構成、且つ簡単な制御によってＡＧＣ制御を可能にできる効果がある。
【００２６】
上記図１に示した構成はデジタルＡＧＣ回路であるが、図１の構成を実機で実現する場合にはアナログＡＧＣ回路が必要であり、レベルの微調整を行う回路となる。
本発明の実施の形態に係る無線受信機におけるＡＧＣ回路部分をアナログＡＧＣ回路で実現する構成について、第３の実施形態として説明する。
【００２７】
本発明の第３の実施形態に係る無線受信機（第３の無線受信機）の構成例について、図５を使って説明する。図５は、本発明の第３の無線受信機の一構成例を示すブロック図である。
本発明の第３の実施形態に係る無線受信機（第３の無線受信機）は、図５に示すように、受信信号に対して自動利得増幅を行うＡＧＣアンプ１１と、利得増幅された受信信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ部１２と、受信デジタル信号を直交検波してＩ，Ｑ各成分を出力する直交検波部１３と、拡散符号で相関演算を行う複素相関部１４と、直交検波結果から復号を行う復号処理部２０とを備えている。
尚、ＡＧＣアンプ１１が可変利得増幅手段に相当する。
【００２８】
そして、複素相関部１４からの相関結果を用いてＡＧＣ制御を行うための構成として、同期処理部１５と、ＡＧＣ制御部１６と、ＰＷＭ部１７と、ローパスフィルタ１８とを備えている。
【００２９】
同期処理部１５は、図１の相関部２に相当し、フレーム中に挿入された既知の信号（参照データ）との複素相関処理を行い、複素相関値を出力するものである。
【００３０】
ＡＧＣ制御部１６は、図１のＡＧＣ制御部３に相当し、複素相関値の最大値を求め、予め希望の信号レベルから求めた相関最大値を参照値とし、参照値と求めた複素相関値の最大値との比を求め、求めた比の値を制御値として出力するものである。
【００３１】
ＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）部１７及びローパスフィルタ１８は、ＡＧＣ制御部１６から出力されるディジタルの制御値をＤ／Ａ変換してアナログの制御信号を出力するものである。
【００３２】
尚、図５の回路を実際の装置として構成する際には、同期処理部１５とＡＧＣ制御部１６をＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）で構成して処理させるようになっている。
【００３３】
本発明の第３の実施形態に係る無線受信機は、複素相関部１４からの相関出力に対して、同期処理部１４でフレーム中の参照データとの複素相関値を求め、ＡＧＣ制御部１６で、複素相関値の最大値を求め、求めた複素相関値の最大値と予め希望の信号レベルから求めた参照値との比の値を求め、比の値をＰＷＭ部１７及びローパスフィルタ１８でＤ／Ａ変換したアナログの制御信号を、受信信号に対して可変利得増幅を行うＡＧＣアンプ１１の利得制御信号として用いるものである。
【００３４】
上記第３の実施形態では、ＡＧＣ制御部１６の動作として、複素相関最大値を求め、複素相関最大値と参照値との比の値を求めて制御値としていたが、別の実施形態（第４の実施の形態）として、ＡＧＣ制御部１６が複素相関最大値を求め、参照値と複素相関最大値との差分を求め、求めた差分値を累積加算して制御値として出力する実施形態もある。
【００３５】
本発明の第３の実施の形態の無線受信機によれば、同期処理部１５で受信信号に対してフレーム中に挿入された既知の信号との複素相関を行い、ＡＧＣ制御部１６で複素相関最大値を求めて、複素相関最大値と参照値との比の値を求め、当該比の値をＰＷＭ部１７及びローパスフィルタ１８でＤ／Ａ変換したアナログの制御信号を、受信信号に対して可変利得制御を行うＡＧＣアンプ１１の利得制御信号として用いる無線受信機としているので、従来のような電力計算のための回路や算出処理を行うことなく、簡単な構成、且つ簡単な制御によってＡＧＣ制御を可能にできる効果がある。
【００３６】
本発明の第４の実施の形態に係る無線受信機によれば、同期処理部１５で受信信号に対してフレーム中に挿入された既知の信号との複素相関を行い、ＡＧＣ制御部１６で複素相関最大値を求めて、複素相関最大値と参照値との差分を求め、差分を累積加算し、当該累積加算値をＰＷＭ部１７及びローパスフィルタ１８でＤ／Ａ変換したアナログの制御信号を、受信信号に対して可変利得制御を行うＡＧＣアンプ１１の利得制御信号として用いる無線受信機としているので、従来のような電力計算のための回路や算出処理を行うことなく、簡単な構成、且つ簡単な制御によってＡＧＣ制御を可能にできる効果がある。
【００３７】
本発明の第１〜第４の実施の形態の無線受信機によれば、通常無線受信機においては、フレーム同期処理などで複素相関処理、最大値検索処理などを行うので、既存の回路を共有して、ＡＧＣ制御を行うことができ、更に構成を軽減できる効果がある。
【００３８】
本発明の第１〜第４の実施の形態の無線受信機によれば、相関処理に用いるフレームの参照パターンは、送受信機双方で互いに既知であればどの様なパターンであっても良く、若干のランダム性を持っていれば良い程度の制限であるから、先行技術文献として掲げた技術（例えば、特許文献２）のように、ＣＤＭＡ方式のために直交を意識したパターンを用いなければならないといった制約がなく簡単に実現できるものである。
【００３９】
また、本発明の第１〜第４の実施の形態の無線受信機によれば、フレーム毎に参照パターンの相関を求め、ＡＧＣ制御を行うものであり、シミュレーションに用いた２倍オーバサンプリングの場合、相関器のタップ数は２９タップ程であり、特許文献２の技術と比較すると、シンボル毎に拡散符号パターン（６４シンボル）の相関を求めてＡＧＣ制御を行うのに比べて、相関器のタップ数が半分程度で済み、構成をさほど増大することなく実現できるものである。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、相関手段が、受信した信号と既知の信号との複素相関を求め相関値を出力し、利得制御手段が、相関値の最大値を求め、予め希望の信号レベルから求めた相関最大値を参照値とし、参照値と受信信号から求めた最大値との比を求めて、比の値を制御信号として出力し、可変利得増幅手段が、制御信号に従う可変利得で受信した信号の利得増幅を行う無線受信機としているので、電力計算のための回路や算出処理を行うことなく、簡単な構成、且つ簡単な制御によってＡＧＣ制御を行うことができる効果がある。
【００４１】
本発明によれば、相関手段が、受信した信号と既知の信号との複素相関を求め相関値を出力し、利得制御手段が、相関値の最大値を求め、予め希望の信号レベルから求めた相関最大値を参照値とし、参照値と受信信号から求めた最大値との差分を求め、差分を累計加算した値を制御信号として出力し、可変利得増幅手段が、制御信号に従う可変利得で受信した信号の利得増幅を行う無線受信機としているので、電力計算のための回路や算出処理を行うことなく、簡単な構成、且つ簡単な制御によってＡＧＣ制御を行うことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る無線受信機におけるＡＧＣ回路部分の概略構成ブロック図である。
【図２】本発明のＡＧＣ回路の動作を説明するフローチャート図である。
【図３】相関部から出力される相関値を示すグラフ図である。
【図４】図２に示した一連の処理を繰り返し、ＢＥＲ測定を行った結果を示すグラフ図である。
【図５】本発明の第３の無線受信機の一構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…フィルタ部、２…相関部、３…ＡＧＣ制御部、４…レベル補正部、５…復号部、１１…ＡＧＣアンプ、１２…Ａ／Ｄ部、１３…直交検波部、１４…複素相関部、１５…同期処理部、１６…ＡＧＣ制御部、１７…ＰＷＭ部、１８…ローパスフィルタ

Claims

既知の信号が挿入されたフレーム構成の信号を受信する無線受信機であって、
前記受信した信号と前記既知の信号との複素相関を求め相関値を出力する相関手段と、
前記相関値の最大値を求め、予め希望の信号レベルから求めた相関最大値を参照値とし、前記参照値と前記受信信号から求めた最大値との比を求めて、前記比の値を制御信号として出力する利得制御手段と、
前記制御信号に従う可変利得で受信した信号の利得増幅を行う可変利得増幅手段とを有することを特徴とする無線受信機。
既知の信号が挿入されたフレーム構成の信号を受信する無線受信機であって、
前記受信した信号と前記既知の信号との複素相関を求め相関値を出力する相関手段と、
前記相関値の最大値を求め、予め希望の信号レベルから求めた相関最大値を参照値とし、前記参照値と前記受信信号から求めた最大値との差分を求めて、前記差分を累積加算した値を制御信号として出力する利得制御手段と、
前記制御信号に従う可変利得で受信した信号の利得増幅を行う可変利得増幅手段とを有することを特徴とする無線受信機。