JP2004328494A - 無線受信機および無線信号処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＤＣオフセットの過渡応答成分による受信性能の劣化を抑制したダイレクト・コンバージョン方式の無線受信機を提供する。
【解決手段】受信された無線信号を増幅する増幅器１２０と、増幅器１２０により増幅された無線信号をベースバンド信号へ復調する直交復調器１３０と、ベースバンド信号を増幅する増幅器１５０と、増幅器１５０により増幅されたベースバンド信号をデジタル信号へ復調する復調部１７０と、増幅器１２０および増幅器１５０のそれぞれの利得を変更するときに、少なくとも変更前および変更後のそれぞれの増幅器１２０の利得に基づいて増幅器１５０の利得を変更する時期を制御する利得制御部１６０とを備えている。
【選択図】 図１
【解決手段】受信された無線信号を増幅する増幅器１２０と、増幅器１２０により増幅された無線信号をベースバンド信号へ復調する直交復調器１３０と、ベースバンド信号を増幅する増幅器１５０と、増幅器１５０により増幅されたベースバンド信号をデジタル信号へ復調する復調部１７０と、増幅器１２０および増幅器１５０のそれぞれの利得を変更するときに、少なくとも変更前および変更後のそれぞれの増幅器１２０の利得に基づいて増幅器１５０の利得を変更する時期を制御する利得制御部１６０とを備えている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無線受信機および無線信号処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、無線通信機器が広く普及している。これに伴い、無線回路の部品点数や製造コストを削減し、さらに、無線回路をモノリシックＩＣ（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ＩＣ）として製造する要求が高まっている。この要求に対処するために、無線回路にはダイレクト・コンバージョン方式が採用される。
【０００３】
図８は、ダイレクト・コンバージョン方式を採用した従来の受信機のブロック図である。アンテナ１０が高周波信号（以下、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号という）を受信し、低雑音増幅器（以下、ＬＮＡ（Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）という）２０がこのＲＦ信号を増幅する。直交復調器３０は、増幅されたＲＦ信号に、局部発振器（図示せず）からの局部発振信号（以下、ＬＯ（Ｌｏｃａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）信号という）を乗算する。これにより、ＲＦ信号はベースバンド信号に直接変換される。次に、ローパスフィルタ（以下、ＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）という）４０がベースバンド信号を波形整形し、可変利得増幅器（以下、ＶＧＡ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇａｉｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）という）５０がこのベースバンド信号を増幅する。さらに、復調部７０がこのベースバンド信号をデジタル信号へ復調する。このように、ダイレクト・コンバージョン方式を採用した受信機はＲＦ信号をデジタル信号へ変換した後、デジタル信号処理により復調する。
【０００４】
ＶＧＡ５０において増幅されたベースバンド信号は、復調部７０のほか、利得制御部６０およびＤＣオフセットキャンセラ９４にも入力される。利得制御部６０において、信号強度検出部８０はベースバンド信号の強度を測定する。利得選択部９０は、ベースバンド信号の測定値に基づいてＬＮＡ２０の利得およびＶＧＡ５０の利得を切替えるか否かを判断する。利得制御信号発生部９２は、利得選択部９０の判断に従って利得を切替えるための利得制御信号をＬＮＡ２０およびＶＧＡ５０へ出力する。このように、利得制御部６０はベースバンド信号の強度をフィードバック制御する。
【０００５】
ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）オフセットキャンセラ９４は、ＶＧＡ５０において増幅されたベースバンド信号からＤＣオフセット成分を除去し、これをＶＧＡ５０へフィードバックする。尚、ＤＣオフセット成分に関する問題点は非特許文献１に記載されている。
【０００６】
【非特許文献１】
谷本 洋による、「ダイレクト・コンバージョン受信機用ミクサの研究開発動向」 電子情報通信学会論文誌Ｃ、Ｖｏｌ．Ｊ８４−Ｃ、Ｎｏ．５、ｐｐ．３３７−３４８、２００１年５月
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図９（Ａ）および図９（Ｂ）は、ＬＮＡ２０およびＶＧＡ５０のそれぞれの利得を示すグラフであり、図９（Ｃ）は、ＶＧＡ５０の出力におけるＤＣオフセットの過渡応答成分を示すグラフである。ＬＮＡ２０およびＶＧＡ５０のそれぞれの利得は同時に切り替えられる。
【０００８】
時点ｔ１において、ＬＮＡ２０が高利得から低利得に切替わるときには、ＶＧＡ５０が低利得から高利得に同時に切替わるため、ＬＮＡ２０およびＶＧＡ５０の両方のＤＣオフセットが重複して非常に大きな過渡応答成分が発生し、受信性能が劣化する場合がある。これは、ＬＮＡ２０がＶＧＡ５０よりも無線回路の前段に設けられているので、ＬＮＡ２０において変更前の高利得で増幅された信号が、ＶＧＡ５０において変更後の高利得で増幅されるからである。そこで、本発明の目的は、上記ＤＣオフセットの過渡応答成分による受信性能の劣化を抑制したダイレクト・コンバージョン方式の無線受信機を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に従った実施の形態による無線受信機は、受信された無線信号を増幅する第１の増幅器と、前記第１の増幅器により増幅された前記無線信号をベースバンド信号へ復調する直交復調器と、前記ベースバンド信号を増幅する第２の増幅器と、前記第２の増幅器により増幅されたベースバンド信号を復調する復調部と、前記第１および第２の増幅器の利得を変更するときに、少なくとも変更前および変更後のそれぞれの前記第１の増幅器の利得に基づいて前記第２の増幅器の利得を変更する時期を制御する利得制御部とを備えている。
【００１０】
本発明に従った実施の形態による他の無線受信機は、受信された無線信号を増幅する第１の増幅器と、前記第１の増幅器により増幅された前記無線信号をベースバンド信号へ復調する直交復調器と、前記第１の増幅器の利得を変更した後、少なくとも変更前および変更後の前記第１の増幅器の利得に基づいた利得で前記ベースバンド信号を増幅する第２の増幅器と、前記第２の増幅器により増幅されたベースバンド信号を復調する復調部を備えている。
【００１１】
本発明に従った実施の形態による無線信号処理方法は、無線信号を受信するステップと、該無線信号を増幅する第１の増幅ステップと、前記第１の増幅ステップにおいて増幅された無線信号をベースバンド信号へ復調するステップと、該ベースバンド信号を増幅する第２の増幅ステップと、前記第２の増幅ステップにおいて増幅されたベースバンド信号を復調するステップと、前記第１のおよび第２の増幅器の利得を変更するときに、少なくとも変更前および変更後のそれぞれにおける前記第１の増幅器の利得に基づいて、前記第１の増幅器の利得および前記第２の増幅器の利得を変更する時期を決定する時期決定ステップと、前記時期決定ステップにおいて決定された時期に従って前記第１の増幅器の利得および前記第２の増幅器の利得を変更するステップとを備えている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明による実施の形態を説明する。これらの実施の形態は本発明を限定するものではない。本発明による実施の形態に従ったダイレクト・コンバージョン方式の無線受信機は、ＬＮＡの利得およびＶＧＡの利得を互いに異なるタイミングで変更することができる。それによって、ＶＧＡの出力におけるＤＣオフセットの過渡応答成分を低減する。
【００１３】
図１は、本発明に係る第１の実施の形態に従った無線受信機１００のブロック図である。無線受信機１００は、ダイレクト・コンバージョン方式を用いた無線受信機である。ダイレクト・コンバージョン方式は、周波数が高いＲＦ信号を、中間周波を介さずに周波数が低いベースバンド信号に変換する方式である。無線受信機１００は、アンテナ１１０、ＬＮＡ１２０、直行復調器１３０、ＬＰＦ１４０、ＶＧＡ１５０、利得制御部１６０、復調部１７０およびＤＣオフセットキャンセラ１９４を備えている。
【００１４】
ＤＣオフセットキャンセラ１９４は、例えば、一定の利得を有する増幅器と積分器（ローパスフィルタ）とを縦続接続した回路である。ＤＣオフセットキャンセラ１９４は、このような構成により、ＤＣオフセット成分を除去することができる。ＤＣオフセットキャンセラ１９４は、ベースバンド信号に含まれたＤＣオフセット成分を除去した後に、このベースバンド信号をＶＧＡ１５０へフィードバックする。尚、ＤＣオフセット成分は、アンテナ１１０やＬＮＡ１２０へ漏洩したＬＯ信号の成分が直交復調器１３０の入力として周波数変換されることによって生じる。
【００１５】
ＬＮＡ１２０およびＶＧＡ１５０は、それぞれの利得をステップ状に変更することができるように構成されている。本実施の形態において、ＬＮＡ１２０は、高利得および低利得の２段階に利得を変更することができる。ＶＧＡ１５０は、高利得と低利得との間において多段階に利得を変更することができる。
【００１６】
利得制御部１６０は、ＶＧＡ１５０からのベースバンド信号を所定の信号強度に維持するように、ＬＮＡ１２０およびＶＧＡ１５０のそれぞれの利得をフィードバック制御するように構成されている。
【００１７】
利得制御部１６０の構成をさらに詳細に説明する。利得制御部１６０は、信号強度検出部１８０、利得選択部１９０、変更時期制御部１９６、利得制御信号発生部１９２および遅延制御部１９８を備えている。信号強度検出部１８０は、ＶＧＡ１５０によって増幅されたベースバンド信号の信号強度を検出する。利得選択部１９０は、信号強度検出部１８０によって検出されたベースバンド信号の信号強度を一定に維持するように、ＬＮＡ１２０の利得およびＶＧＡ１５０の利得を選択する。変更時期制御部１９６は、利得選択部１９０によって選択されたＬＮＡ１２０の利得と、現時点における実際のＬＮＡ１２０の利得とに基づいて、ＶＧＡ１５０の利得を変更する時期を制御する。
【００１８】
直交復調器１３０、ＶＧＡ１５０および復調部１７０は互いに直列に接続されている。これを、以下、復調回路列という。本実施の形態において、復調回路列は、２つＬＮＡ１２０に対して並列に接続されており、それぞれ受信信号のＩ軸成分およびＱ軸成分に用いられる。利得制御部１６０は、これらの２つの復調回路列に対して１つ接続されており、２つのＶＧＡ１５０を共通に制御する。例えば、利得制御部１６０は、２つのＶＧＡ１５０の利得をＬＮＡ１２０の利得よりも同じ時間だけ遅延させて変更する。また、利得制御部１６０は、２つのＶＧＡ１５０の利得を同じだけ変更する。このように、利得制御部１６０が複数の復調回路列を共通に制御することによって、無線受信機１００は受信信号のＩ軸成分およびＱ軸成分を共通に復調させることができる。
【００１９】
図２に、変更時期制御部１９６の具体例を示す。変更時期制御部１９６は、利得比較部２０１および遅延制御信号発生部２０３を有する。
【００２０】
利得比較部２０１は、現時点における実際のＬＮＡ１２０の利得を、利得選択部１９０によって選択されたＬＮＡ１２０の利得と比較する。利得比較部２０１は、ＬＮＡ１２０の利得に関するある閾値を予め格納する。ＬＮＡ１２０の高利得とはこの閾値よりも大きい利得であり、その低利得とはこの閾値よりも小さい利得である。利得比較部２０１は、変更前および変更後のそれぞれのＬＮＡ１２０の利得を比較し、それによって、ＬＮＡ１２０の利得が高利得から低利得へ変更されるか、低利得から高利得へ変更されるか、あるいは、変更されないかを判断する。ここで、変更前のＬＮＡ１２０の利得は、現時点における実際のＬＮＡ１２０の利得を意味し、変更後のＬＮＡ１２０の利得は、利得選択部１９０によって選択されたＬＮＡ１２０の利得を意味する。また、本実施の形態において、利得の変更は、ステップ状に利得を切替える意味である。尚、利得比較部２０１は、ＶＧＡ１５０の利得に関するある閾値をも予め格納する。ＶＧＡ１５０の高利得とはこの閾値よりも大きい利得であり、その低利得とはこの閾値よりも小さい利得である。
【００２１】
遅延制御信号発生部２０３は、ＶＧＡ１５０の利得の変更を遅延させる遅延時間を示す遅延制御信号を発生する。ＬＮＡ１２０の利得が高利得から低利得へ変更される場合には、遅延制御信号出力部２０３は、ＶＧＡ１５０の利得が低利得から高利得へ変更されるときに遅延制御信号を発生する。この遅延制御信号は、遅延制御部１９８へ出力される。一方で、ＬＮＡ１２０の利得が低利得から高利得へ変更される場合やＬＮＡ１２０の利得が変更されない場合には、遅延制御信号出力部２０３は、ＶＧＡ１５０の利得が変更されるときに遅延制御信号を発生しない。
【００２２】
利得制御信号発生部１９２は、変更時期制御部１９６を介して、利得選択部１９０において選択された利得を入力する。利得制御信号発生部１９２は、利得選択部１９０において選択されたＬＮＡ１２０およびＶＧＡ１５０のそれぞれの利得に基づいて、利得制御信号をＬＮＡ１２０および遅延制御部１９８へ出力する。利得制御信号は、を利得選択部１９０によって選択されたＬＮＡ１２０およびＶＧＡ１５０のそれぞれの利得を示す信号である。
【００２３】
遅延制御部１９８は、遅延制御信号に従って、利得制御信号を受信した時点から所定の遅延時間だけ経過した後に利得制御信号をＶＧＡ１５０へ出力する。ＬＮＡ１２０には利得制御信号が直接送信されるので、ＶＧＡ１５０の利得は、ＬＮＡ１２０の利得よりも遅延して変更される。一方で、遅延制御信号出力部２０３から遅延制御信号が出力されていない場合には、遅延制御部１９８は、利得制御信号を遅延させることなくＶＧＡ１５０へ出力する。
【００２４】
このように、利得制御部１６０は、変更前後におけるＬＮＡ１２０の利得に基づいてＶＧＡ１５０の利得を変更する時期を制御するように構成されている。
【００２５】
本実施の形態においては、ＬＮＡ１２０の利得が変更される際にＶＧＡ１５０の利得の変更を伴うことが明らかであるので、変更前後におけるＬＮＡ１２０の利得に基づいてＶＧＡ１５０の利得を変更する時期を制御している。
【００２６】
しかし、ＬＮＡ１２０の利得が変更される際にＶＧＡ１５０の利得の変更を伴うことが明らかでない場合には、変更前後におけるＬＮＡ１２０およびＶＧＡ１５０のそれぞれの利得に基づいてＶＧＡ１５０の利得を変更する時期を制御してもよい。
【００２７】
図３（Ａ）から図３（Ｆ）は、ＬＮＡ１２０の利得およびＶＧＡ１５０の利得のタイムチャート、並びに、ベースバンド信号の信号強度のタイムチャートである。図３（Ａ）から図３（Ｆ）を参照して、ＬＮＡ１２０およびＶＧＡ１５０の動作をさらに詳述する。
【００２８】
まず、図３（Ａ）に示すようにＬＮＡ１２０の利得を低利得から高利得へ変更し、尚且つ、図３（Ｂ）に示すようにＶＧＡ１５０の利得を高利得から低利得へ変更する。ＬＮＡ１２０およびＶＧＡ１５０は、時点ｔ２０において変更されている。このときに生じるＤＣオフセットの過渡応答特性は、図３（Ｃ）に示すように比較的小さい。
【００２９】
次に、図３（Ｄ）に示すようにＬＮＡ１２０の利得を高利得から低利得へ変更し、尚且つ、図３（Ｅ）に示すようにＶＧＡ１５０の利得を低利得から高利得へ変更する。ＬＮＡ１２０は、時点ｔ２１において変更されている。このとき、図３（Ｅ）の破線で示すようにＬＮＡ１２０の利得の変更と同時にＶＧＡ１５０の利得を変更すると、図３（Ｆ）の破線で示すように、大きなＤＣオフセットの過渡応答成分が発生する。
【００３０】
そこで、本実施の形態では、図３（Ｅ）の実線で示すように、ＶＧＡ１５０の利得を、ＬＮＡ１２０の利得の変更時からＴｄだけ遅延して低利得から高利得へ変更する。遅延時間Ｔｄ＝ｔ３１−ｔ２１である。これによって、図３（Ｅ）の実線で示すように、時点ｔ２１において生じるＤＣオフセットの過渡応答成分は、従来における過渡応答成分に比べて小さくなる。遅延時間Ｔｄは、０よりも大きく、ＬＮＡ１２０およびＶＧＡ１５０のそれぞれの利得が変更される周期（図９に示すΔｔ）よりも小さい値である。
【００３１】
このように、本実施の形態によれば、ＶＧＡ１５０の利得は、ＬＮＡ１２０の利得よりも遅延して変更されるので、ＤＣオフセットの過渡応答成分を低減させることができる。
【００３２】
また、図３（Ｆ）において、直線Ｌと実線とで囲まれた面積ＳＢは、直線Ｌと破線とで囲まれた面積ＳＡに比べて明らかに小さい。従って、本実施の形態は、単位時間当たりのＤＣオフセット成分が従来よりも小さい。上述のとおり、受信特性における誤り率は単位時間あたりの面積Ｓの累積値に比例するので、本実施の形態は、従来例よりも受信特性における誤り率が小さい。その結果、本実施の形態は、従来例よりも受信性能が良くなる。
【００３３】
尚、本実施の形態において、ＬＮＡ１２０の利得は２段階に変更可能としているが、３段階以上に変更可能としてもよい。
【００３４】
図４（Ａ）から図４（Ｈ）は、受信電界強度が単調に変化する場合のＬＮＡ１２０の利得およびＶＧＡ１５０の利得のタイムチャート、並びに、受信信号の信号強度およびベースバンド信号の信号強度のタイムチャートである。図４（Ａ）から図４（Ｈ）を参照して、図３（Ａ）から図３（Ｆ）に示した実施の形態の変形例を説明する。
【００３５】
まず、アンテナ１１０からの受信信号の信号強度が図４（Ａ）に示すように時点ｔ１０からｔ３０に亘って低下する場合を説明する。ＶＧＡ１５０の利得は、利得制御部１６０のフィードバック制御を受けて、図４（Ｃ）に示すように時点ｔ１０から徐々にステップ状に上昇する。これによって、受信信号の信号強度が低下しても受信信号の増幅率が上昇するので、ベースバンド信号の信号強度は、図４（Ｄ）に示すように一定に維持される。
【００３６】
しかし、ＶＧＡ１５０の利得には上限がある。従って、時点ｔ２０においてＶＧＡ１５０の利得がその上限近傍にまで達した場合、図４（Ｂ）に示すようにＬＮＡ１２０の利得を低利得から高利得へ変更し、尚且つ、図４（Ｃ）に示すようにＶＧＡ１５０の利得を高利得から低利得へ変更する。ＬＮＡ１２０およびＶＧＡ１５０のそれぞれの利得の変更幅はほぼ等しい。これによって、ＶＧＡ１５０の利得の低下をＬＮＡ１２０の利得の増加によって補償することができる。このときに生じるＤＣオフセットの過渡応答特性は、図４（Ｄ）に示すように比較的小さい。
【００３７】
時点ｔ２０からｔ３０までにおいて、受信信号の信号強度がさらに低下し続けている。このような場合には、ＶＧＡ１５０の利得をさらにステップ状に上昇させることによってベースバンド信号の信号強度を一定に維持することができる。なお、図４（Ｄ）および後述する図４（Ｈ）においては、ＶＧＡ１５０のステップ状の利得切替えに伴うＤＣオフセットの過渡応答成分は小さいため省略して記載している。
【００３８】
次に、受信信号の信号強度が図４（Ｅ）に示すように時点ｔ１１からｔ３１に亘って上昇する場合を説明する。ＶＧＡ１５０の利得は、利得制御部１６０のフィードバック制御を受けて、図４（Ｇ）に示すように時点ｔ１１から徐々にステップ状に低下する。これによって、受信信号の信号強度が上昇しても受信信号の増幅率が低下するので、ベースバンド信号の信号強度は、図４（Ｇ）に示すように一定に維持される。
【００３９】
しかし、ＶＧＡ１５０の利得には下限がある。従って、時点ｔ２１においてＶＧＡ１５０の利得がその下限近傍にまで達した場合、図４（Ｆ）に示すようにＬＮＡ１２０の利得を高利得から低利得へ変更する。このとき、ＬＮＡ１２０の利得の変更と同時にＶＧＡ１５０の利得を変更すると、図４（Ｈ）の破線で示すように、時点ｔ２１において大きなＤＣオフセットの過渡応答成分が発生する。
【００４０】
そこで、本変形例では、図４（Ｇ）の実線で示すように、ＶＧＡ１５０の利得は、ＬＮＡ１２０の利得の変更時からＴｄだけ遅延して低利得から高利得へ変更される。このとき、ＬＮＡ１２０およびＶＧＡ１５０のそれぞれの利得の変更幅はほぼ等しい。尚、遅延時間Ｔｄ＝ｔ３１−ｔ２１である。これによって、図４（Ｈ）の実線で示すように、時点ｔ２１において生じるＤＣオフセットの過渡応答成分は、従来における過渡応答成分に比べて小さくなる。遅延時間Ｔｄは、０よりも大きく、ＬＮＡ１２０およびＶＧＡ１５０のそれぞれの利得が変更される周期（図９に示すΔｔ）よりも小さい値である。
【００４１】
時点ｔ２１からｔ３１までにおいて、受信信号の信号強度がさらに増加し続けている。この場合には、ＶＧＡ１５０の利得を徐々に低下させることによってベースバンド信号の信号強度を一定に維持することができる。
【００４２】
このように、本変形例によれば、ＶＧＡ１５０の利得は、ＬＮＡ１２０の利得よりも遅延して変更されるので、図３（Ａ）から（Ｆ）の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
従来においては、図４（Ｇ）の破線で示すように、時点ｔ２１からｔ３１の間において、ＶＧＡ１５０の利得が変更されている。これは、ＤＣオフセットの過渡応答成分が発生しているときに、ＶＧＡ１５０の利得が制御されていることを意味する。よって、ＶＧＡ１５０の利得は、時点ｔ２１において、大きく変更されている。
【００４４】
これに対し、本変形例によれば、ＶＧＡ１５０の利得は、遅延時間Ｔｄの間、即ち、時点ｔ２１からｔ３１の間において変更されない。これによって、本変形例は、時点ｔ３１において変更されるＶＧＡ１５０の利得の幅が時点ｔ２１における従来のそれよりも小さい。よって、本変形例において生じるＤＣオフセットの過渡応答成分は比較的小さい。また、図３（Ａ）から（Ｆ）に示した実施の形態によれば、時点ｔ３１において変更されるＶＧＡ１５０の利得の幅は、時点ｔ２１における従来のそれと同じである。従って、本変形例の時点ｔ３１におけるＤＣオフセットの過渡応答成分のピークＰ２は、図３（Ａ）から（Ｆ）に示した実施の形態の時点ｔ３１における過渡応答成分のピークＰ１よりもさらに小さくなる。
【００４５】
本変形例において、ＬＮＡ１２０の利得を変更することなく、ＶＧＡ１５０の利得が単独で変更される場合もあるが、この場合は、ＤＣオフセットの過渡応答成分は図４（Ｄ）と同様に比較的小さいので問題とならない。
【００４６】
図５は、本実施の形態における無線受信機１００の動作を示すフロー図である。アンテナ１１０においてＲＦ信号が受信される（Ｓ１０）。受信された信号は、ＬＮＡ１２０において増幅される（Ｓ２０）。直行復調器１３０が高周波数のＲＦ信号からベースバンド信号へ変換する（Ｓ３０）。ベースバンド信号は、ＬＦＰ１４０において波形整形され（Ｓ４０）、ＶＧＡ１５０において増幅される（Ｓ５０）。ＤＣオフセットキャンセラ１９４はこのベースバンド信号からＤＣオフセット成分を除去する（Ｓ６０）。利得制御部１６０は、ＶＧＡ１５０から出力されたベースバンド信号を入力し、ＬＮＡ１２０およびＶＧＡ１５０をフィードバック制御する（Ｓ７０）。さらに、復調部１７０がベースバンド信号をデジタル信号へ復調する（Ｓ８０）。
【００４７】
図６は、ステップＳ７０における利得制御部１６０の動作の詳細を示すフロー図である。ベースバンド信号が利得制御部１６０に入力されると、信号強度検出部１８０がこのベースバンド信号の信号強度を検出する（Ｓ７０−１）。
【００４８】
次に、利得選択部１９０が、ベースバンド信号の信号強度を一定に維持するようにＬＮＡ１２０およびＶＧＡ１５０のそれぞれの利得を選択する（Ｓ７０−３）。次に、変更時期制御部１９６は、現時点の実際のＬＮＡ１２０の利得状態と、選択されたＬＮＡ１２０の利得とを比較する（Ｓ７０−５）。この比較の結果、変更前後にＬＮＡ１２０の利得が、変更時期制御部１９６に予め格納されている閾値を通過するか否かを判断する（Ｓ７０−６）。
【００４９】
変更前後にＬＮＡ１２０の利得がこの閾値を通過する場合には、変更時期制御部１９６は、さらに、現時点のＬＮＡ１２０の利得状態を判断する（Ｓ７０−７）。ＬＮＡ１２０の利得状態の判断は、ＬＮＡ１２０の利得がこの閾値よりも高いか否かによって判断すればよい（Ｓ７０−８）。この判断の結果、現時点のＬＮＡ１２０の利得が高利得である場合には、変更時期制御部１９６は遅延制御部１９８へ遅延制御信号を出力する（Ｓ７０−９）。
【００５０】
次に、利得制御信号発生部１９２は、利得選択部１９０において選択されたＬＮＡ１２０およびＶＧＡ１５０のそれぞれの利得に基づいて、利得制御信号をＬＮＡ１２０および遅延制御部１９８へ出力する（Ｓ７０−１１）。遅延制御部１９８は、利得制御信号および遅延制御信号を入力し、利得制御信号を遅延させてＶＧＡ１５０へ出力する。これによって、ＶＧＡ１５０の利得は、ＬＮＡ１２０の利得と比べて遅延して変更される（Ｓ７０−１３）。
【００５１】
ステップＳ７０−８において、現時点のＬＮＡ１２０利得が低利得である場合には、変更時期制御部１９６は遅延制御信号を出力しない。遅延制御信号が出力されていないので、遅延制御部１９８は、利得制御信号を遅延させることなくＶＧＡ１５０へ出力する。これによって、ＶＧＡ１５０の利得は、ＬＮＡ１２０の利得と同時に変更される（Ｓ７０−１５）。
【００５２】
ステップＳ７０−６において、変更前後にＬＮＡ１２０の利得が閾値を通過しない場合には、遅延制御信号は出力されない。変更時期制御部１９６は、さらにＶＧＡ１５０の利得が変更されるか否かを判断する（Ｓ７０−１７）。この判断において、利得比較部２０１は、ＶＧＡ１５０の低利得とその高利得との間にある閾値を予め格納し、この閾値よりも大きい利得を高利得と判断し、それよりも小さい利得を低利得と判断する。変更前後においてＶＧＡ１５０の利得がこの閾値を通過する場合に、変更時期制御部１９６は、ＶＧＡ１５０の利得が変更されると判断する（Ｓ７０−１８）。
【００５３】
ＶＧＡ１５０の利得が変更されると判断された場合には、利得制御信号発生部１９２は、遅延制御部１９８を介して、ＶＧＡ１５０の利得を変更する利得制御信号をＶＧＡ１５０へ出力する。変更時期制御部１９６から遅延制御信号が発せられていないので、遅延制御部１９８は、利得制御信号を遅延させることなく利得制御信号をＶＧＡ１５０へ通過させる。これによって、ＶＧＡ１５０の利得が変更される。（Ｓ７０−１９）。
【００５４】
遅延制御部１９８は、ＶＧＡ１５０の利得が変更されないと判断された場合には、ＶＧＡ１５０の利得を変更しない。
【００５５】
図７は、ＬＮＡ１２０の利得を高利得から低利得へ変更し、尚且つ、ＶＧＡ１５０の利得を低利得から高利得へ変更したときのＤＣオフセット成分を実測したときのグラフである。図７は、ベースバンド信号の信号強度を実測したときの図４（Ｈ）のグラフに該当する。曲線Ａは、従来例と同様にＬＮＡ１２０の利得およびＶＧＡ１５０の利得を同時に変更したときのＤＣオフセット成分を示す。曲線Ｂは、本実施の形態に従って、ＶＧＡ１５０の利得をＬＮＡ１２０の利得よりも遅延させて変更したときのＤＣオフセット成分を示す。これらのグラフは、信号発生器からＲＦ信号をＬＮＡ１２０へ入力し、ＶＧＡ１５０から出力されたベースバンド信号をデジタルオシロスコープにて観測した実測結果を示すデータである。
【００５６】
曲線Ａにおいて、ＶＧＡ１５０から出力されるＤＣオフセットの過渡応答成分は、最大約８０ｍＶである。一方で、曲線Ｂにおいては、ＶＧＡ１５０から出力されるＤＣオフセットの過渡応答成分は、最大約６０ｍＶである。よって、曲線Ｂの過渡応答成分は、曲線Ａの過渡応答成分に比較して明らかに低い。
【００５７】
本実施の形態によれば、ＤＣオフセット成分に対して閾値を設けた場合に、ＤＣオフセット成分がこの閾値を超える確率は従来よりも低くなる。
【００５８】
また、曲線Ｂと破線とで囲まれた面積ＳＢは、曲線Ａと破線とで囲まれた面積ＳＡに比べて明らかに小さい。従って、本実施の形態は、単位時間当たりのＤＣオフセット成分が従来よりも小さい。上述のとおり、受信特性における誤り率は単位時間あたりの面積Ｓの累積値に比例するので、本実施の形態は、従来例よりも受信特性における誤り率が小さい。その結果、本実施の形態は、従来例よりも受信性能が良くなる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明による無線受信機は、ＤＣオフセットの過渡応答成分による受信性能の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態のブロック図。
【図２】変更時期制御部１９６の具体例を示すブロック図。
【図３】ＬＮＡ１２０の利得およびＶＧＡ１５０の利得のタイムチャート、並びに、ベースバンド信号の信号強度のタイムチャート。
【図４】フェージング時におけるＬＮＡ１２０の利得およびＶＧＡ１５０の利得のタイムチャート、並びに、受信信号の信号強度およびベースバンド信号の信号強度のタイムチャート。
【図５】本実施の形態における無線受信機の動作を示すフロー図。
【図６】ステップＳ７０における利得制御部１６０の動作の詳細を示すフロー図。
【図７】ＬＮＡ１２０の利得を高利得から低利得へ変更し、尚且つ、ＶＧＡ１５０の利得を低利得から高利得へ変更したときのＤＣオフセット成分を示したグラフ。
【図８】従来の受信機のブロック図。
【図９】従来のＬＮＡ２０およびＶＧＡ５０のそれぞれの利得を示すグラフ。
【符号の説明】
１００ 無線受信機
１１０ アンテナ
１２０ ＬＮＡ
１３０ 直行復調器
１４０ ＬＰＦ
１５０ ＶＧＡ
１６０ 利得制御部
１７０ 復調部
１９４ ＤＣオフセットキャンセラ
１９６ 切替え時期制御部
２０１ 利得比較部
２０３ 遅延制御信号発生部
【発明の属する技術分野】
本発明は無線受信機および無線信号処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、無線通信機器が広く普及している。これに伴い、無線回路の部品点数や製造コストを削減し、さらに、無線回路をモノリシックＩＣ（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ＩＣ）として製造する要求が高まっている。この要求に対処するために、無線回路にはダイレクト・コンバージョン方式が採用される。
【０００３】
図８は、ダイレクト・コンバージョン方式を採用した従来の受信機のブロック図である。アンテナ１０が高周波信号（以下、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号という）を受信し、低雑音増幅器（以下、ＬＮＡ（Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）という）２０がこのＲＦ信号を増幅する。直交復調器３０は、増幅されたＲＦ信号に、局部発振器（図示せず）からの局部発振信号（以下、ＬＯ（Ｌｏｃａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）信号という）を乗算する。これにより、ＲＦ信号はベースバンド信号に直接変換される。次に、ローパスフィルタ（以下、ＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）という）４０がベースバンド信号を波形整形し、可変利得増幅器（以下、ＶＧＡ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇａｉｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）という）５０がこのベースバンド信号を増幅する。さらに、復調部７０がこのベースバンド信号をデジタル信号へ復調する。このように、ダイレクト・コンバージョン方式を採用した受信機はＲＦ信号をデジタル信号へ変換した後、デジタル信号処理により復調する。
【０００４】
ＶＧＡ５０において増幅されたベースバンド信号は、復調部７０のほか、利得制御部６０およびＤＣオフセットキャンセラ９４にも入力される。利得制御部６０において、信号強度検出部８０はベースバンド信号の強度を測定する。利得選択部９０は、ベースバンド信号の測定値に基づいてＬＮＡ２０の利得およびＶＧＡ５０の利得を切替えるか否かを判断する。利得制御信号発生部９２は、利得選択部９０の判断に従って利得を切替えるための利得制御信号をＬＮＡ２０およびＶＧＡ５０へ出力する。このように、利得制御部６０はベースバンド信号の強度をフィードバック制御する。
【０００５】
ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）オフセットキャンセラ９４は、ＶＧＡ５０において増幅されたベースバンド信号からＤＣオフセット成分を除去し、これをＶＧＡ５０へフィードバックする。尚、ＤＣオフセット成分に関する問題点は非特許文献１に記載されている。
【０００６】
【非特許文献１】
谷本 洋による、「ダイレクト・コンバージョン受信機用ミクサの研究開発動向」 電子情報通信学会論文誌Ｃ、Ｖｏｌ．Ｊ８４−Ｃ、Ｎｏ．５、ｐｐ．３３７−３４８、２００１年５月
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図９（Ａ）および図９（Ｂ）は、ＬＮＡ２０およびＶＧＡ５０のそれぞれの利得を示すグラフであり、図９（Ｃ）は、ＶＧＡ５０の出力におけるＤＣオフセットの過渡応答成分を示すグラフである。ＬＮＡ２０およびＶＧＡ５０のそれぞれの利得は同時に切り替えられる。
【０００８】
時点ｔ１において、ＬＮＡ２０が高利得から低利得に切替わるときには、ＶＧＡ５０が低利得から高利得に同時に切替わるため、ＬＮＡ２０およびＶＧＡ５０の両方のＤＣオフセットが重複して非常に大きな過渡応答成分が発生し、受信性能が劣化する場合がある。これは、ＬＮＡ２０がＶＧＡ５０よりも無線回路の前段に設けられているので、ＬＮＡ２０において変更前の高利得で増幅された信号が、ＶＧＡ５０において変更後の高利得で増幅されるからである。そこで、本発明の目的は、上記ＤＣオフセットの過渡応答成分による受信性能の劣化を抑制したダイレクト・コンバージョン方式の無線受信機を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に従った実施の形態による無線受信機は、受信された無線信号を増幅する第１の増幅器と、前記第１の増幅器により増幅された前記無線信号をベースバンド信号へ復調する直交復調器と、前記ベースバンド信号を増幅する第２の増幅器と、前記第２の増幅器により増幅されたベースバンド信号を復調する復調部と、前記第１および第２の増幅器の利得を変更するときに、少なくとも変更前および変更後のそれぞれの前記第１の増幅器の利得に基づいて前記第２の増幅器の利得を変更する時期を制御する利得制御部とを備えている。
【００１０】
本発明に従った実施の形態による他の無線受信機は、受信された無線信号を増幅する第１の増幅器と、前記第１の増幅器により増幅された前記無線信号をベースバンド信号へ復調する直交復調器と、前記第１の増幅器の利得を変更した後、少なくとも変更前および変更後の前記第１の増幅器の利得に基づいた利得で前記ベースバンド信号を増幅する第２の増幅器と、前記第２の増幅器により増幅されたベースバンド信号を復調する復調部を備えている。
【００１１】
本発明に従った実施の形態による無線信号処理方法は、無線信号を受信するステップと、該無線信号を増幅する第１の増幅ステップと、前記第１の増幅ステップにおいて増幅された無線信号をベースバンド信号へ復調するステップと、該ベースバンド信号を増幅する第２の増幅ステップと、前記第２の増幅ステップにおいて増幅されたベースバンド信号を復調するステップと、前記第１のおよび第２の増幅器の利得を変更するときに、少なくとも変更前および変更後のそれぞれにおける前記第１の増幅器の利得に基づいて、前記第１の増幅器の利得および前記第２の増幅器の利得を変更する時期を決定する時期決定ステップと、前記時期決定ステップにおいて決定された時期に従って前記第１の増幅器の利得および前記第２の増幅器の利得を変更するステップとを備えている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明による実施の形態を説明する。これらの実施の形態は本発明を限定するものではない。本発明による実施の形態に従ったダイレクト・コンバージョン方式の無線受信機は、ＬＮＡの利得およびＶＧＡの利得を互いに異なるタイミングで変更することができる。それによって、ＶＧＡの出力におけるＤＣオフセットの過渡応答成分を低減する。
【００１３】
図１は、本発明に係る第１の実施の形態に従った無線受信機１００のブロック図である。無線受信機１００は、ダイレクト・コンバージョン方式を用いた無線受信機である。ダイレクト・コンバージョン方式は、周波数が高いＲＦ信号を、中間周波を介さずに周波数が低いベースバンド信号に変換する方式である。無線受信機１００は、アンテナ１１０、ＬＮＡ１２０、直行復調器１３０、ＬＰＦ１４０、ＶＧＡ１５０、利得制御部１６０、復調部１７０およびＤＣオフセットキャンセラ１９４を備えている。
【００１４】
ＤＣオフセットキャンセラ１９４は、例えば、一定の利得を有する増幅器と積分器（ローパスフィルタ）とを縦続接続した回路である。ＤＣオフセットキャンセラ１９４は、このような構成により、ＤＣオフセット成分を除去することができる。ＤＣオフセットキャンセラ１９４は、ベースバンド信号に含まれたＤＣオフセット成分を除去した後に、このベースバンド信号をＶＧＡ１５０へフィードバックする。尚、ＤＣオフセット成分は、アンテナ１１０やＬＮＡ１２０へ漏洩したＬＯ信号の成分が直交復調器１３０の入力として周波数変換されることによって生じる。
【００１５】
ＬＮＡ１２０およびＶＧＡ１５０は、それぞれの利得をステップ状に変更することができるように構成されている。本実施の形態において、ＬＮＡ１２０は、高利得および低利得の２段階に利得を変更することができる。ＶＧＡ１５０は、高利得と低利得との間において多段階に利得を変更することができる。
【００１６】
利得制御部１６０は、ＶＧＡ１５０からのベースバンド信号を所定の信号強度に維持するように、ＬＮＡ１２０およびＶＧＡ１５０のそれぞれの利得をフィードバック制御するように構成されている。
【００１７】
利得制御部１６０の構成をさらに詳細に説明する。利得制御部１６０は、信号強度検出部１８０、利得選択部１９０、変更時期制御部１９６、利得制御信号発生部１９２および遅延制御部１９８を備えている。信号強度検出部１８０は、ＶＧＡ１５０によって増幅されたベースバンド信号の信号強度を検出する。利得選択部１９０は、信号強度検出部１８０によって検出されたベースバンド信号の信号強度を一定に維持するように、ＬＮＡ１２０の利得およびＶＧＡ１５０の利得を選択する。変更時期制御部１９６は、利得選択部１９０によって選択されたＬＮＡ１２０の利得と、現時点における実際のＬＮＡ１２０の利得とに基づいて、ＶＧＡ１５０の利得を変更する時期を制御する。
【００１８】
直交復調器１３０、ＶＧＡ１５０および復調部１７０は互いに直列に接続されている。これを、以下、復調回路列という。本実施の形態において、復調回路列は、２つＬＮＡ１２０に対して並列に接続されており、それぞれ受信信号のＩ軸成分およびＱ軸成分に用いられる。利得制御部１６０は、これらの２つの復調回路列に対して１つ接続されており、２つのＶＧＡ１５０を共通に制御する。例えば、利得制御部１６０は、２つのＶＧＡ１５０の利得をＬＮＡ１２０の利得よりも同じ時間だけ遅延させて変更する。また、利得制御部１６０は、２つのＶＧＡ１５０の利得を同じだけ変更する。このように、利得制御部１６０が複数の復調回路列を共通に制御することによって、無線受信機１００は受信信号のＩ軸成分およびＱ軸成分を共通に復調させることができる。
【００１９】
図２に、変更時期制御部１９６の具体例を示す。変更時期制御部１９６は、利得比較部２０１および遅延制御信号発生部２０３を有する。
【００２０】
利得比較部２０１は、現時点における実際のＬＮＡ１２０の利得を、利得選択部１９０によって選択されたＬＮＡ１２０の利得と比較する。利得比較部２０１は、ＬＮＡ１２０の利得に関するある閾値を予め格納する。ＬＮＡ１２０の高利得とはこの閾値よりも大きい利得であり、その低利得とはこの閾値よりも小さい利得である。利得比較部２０１は、変更前および変更後のそれぞれのＬＮＡ１２０の利得を比較し、それによって、ＬＮＡ１２０の利得が高利得から低利得へ変更されるか、低利得から高利得へ変更されるか、あるいは、変更されないかを判断する。ここで、変更前のＬＮＡ１２０の利得は、現時点における実際のＬＮＡ１２０の利得を意味し、変更後のＬＮＡ１２０の利得は、利得選択部１９０によって選択されたＬＮＡ１２０の利得を意味する。また、本実施の形態において、利得の変更は、ステップ状に利得を切替える意味である。尚、利得比較部２０１は、ＶＧＡ１５０の利得に関するある閾値をも予め格納する。ＶＧＡ１５０の高利得とはこの閾値よりも大きい利得であり、その低利得とはこの閾値よりも小さい利得である。
【００２１】
遅延制御信号発生部２０３は、ＶＧＡ１５０の利得の変更を遅延させる遅延時間を示す遅延制御信号を発生する。ＬＮＡ１２０の利得が高利得から低利得へ変更される場合には、遅延制御信号出力部２０３は、ＶＧＡ１５０の利得が低利得から高利得へ変更されるときに遅延制御信号を発生する。この遅延制御信号は、遅延制御部１９８へ出力される。一方で、ＬＮＡ１２０の利得が低利得から高利得へ変更される場合やＬＮＡ１２０の利得が変更されない場合には、遅延制御信号出力部２０３は、ＶＧＡ１５０の利得が変更されるときに遅延制御信号を発生しない。
【００２２】
利得制御信号発生部１９２は、変更時期制御部１９６を介して、利得選択部１９０において選択された利得を入力する。利得制御信号発生部１９２は、利得選択部１９０において選択されたＬＮＡ１２０およびＶＧＡ１５０のそれぞれの利得に基づいて、利得制御信号をＬＮＡ１２０および遅延制御部１９８へ出力する。利得制御信号は、を利得選択部１９０によって選択されたＬＮＡ１２０およびＶＧＡ１５０のそれぞれの利得を示す信号である。
【００２３】
遅延制御部１９８は、遅延制御信号に従って、利得制御信号を受信した時点から所定の遅延時間だけ経過した後に利得制御信号をＶＧＡ１５０へ出力する。ＬＮＡ１２０には利得制御信号が直接送信されるので、ＶＧＡ１５０の利得は、ＬＮＡ１２０の利得よりも遅延して変更される。一方で、遅延制御信号出力部２０３から遅延制御信号が出力されていない場合には、遅延制御部１９８は、利得制御信号を遅延させることなくＶＧＡ１５０へ出力する。
【００２４】
このように、利得制御部１６０は、変更前後におけるＬＮＡ１２０の利得に基づいてＶＧＡ１５０の利得を変更する時期を制御するように構成されている。
【００２５】
本実施の形態においては、ＬＮＡ１２０の利得が変更される際にＶＧＡ１５０の利得の変更を伴うことが明らかであるので、変更前後におけるＬＮＡ１２０の利得に基づいてＶＧＡ１５０の利得を変更する時期を制御している。
【００２６】
しかし、ＬＮＡ１２０の利得が変更される際にＶＧＡ１５０の利得の変更を伴うことが明らかでない場合には、変更前後におけるＬＮＡ１２０およびＶＧＡ１５０のそれぞれの利得に基づいてＶＧＡ１５０の利得を変更する時期を制御してもよい。
【００２７】
図３（Ａ）から図３（Ｆ）は、ＬＮＡ１２０の利得およびＶＧＡ１５０の利得のタイムチャート、並びに、ベースバンド信号の信号強度のタイムチャートである。図３（Ａ）から図３（Ｆ）を参照して、ＬＮＡ１２０およびＶＧＡ１５０の動作をさらに詳述する。
【００２８】
まず、図３（Ａ）に示すようにＬＮＡ１２０の利得を低利得から高利得へ変更し、尚且つ、図３（Ｂ）に示すようにＶＧＡ１５０の利得を高利得から低利得へ変更する。ＬＮＡ１２０およびＶＧＡ１５０は、時点ｔ２０において変更されている。このときに生じるＤＣオフセットの過渡応答特性は、図３（Ｃ）に示すように比較的小さい。
【００２９】
次に、図３（Ｄ）に示すようにＬＮＡ１２０の利得を高利得から低利得へ変更し、尚且つ、図３（Ｅ）に示すようにＶＧＡ１５０の利得を低利得から高利得へ変更する。ＬＮＡ１２０は、時点ｔ２１において変更されている。このとき、図３（Ｅ）の破線で示すようにＬＮＡ１２０の利得の変更と同時にＶＧＡ１５０の利得を変更すると、図３（Ｆ）の破線で示すように、大きなＤＣオフセットの過渡応答成分が発生する。
【００３０】
そこで、本実施の形態では、図３（Ｅ）の実線で示すように、ＶＧＡ１５０の利得を、ＬＮＡ１２０の利得の変更時からＴｄだけ遅延して低利得から高利得へ変更する。遅延時間Ｔｄ＝ｔ３１−ｔ２１である。これによって、図３（Ｅ）の実線で示すように、時点ｔ２１において生じるＤＣオフセットの過渡応答成分は、従来における過渡応答成分に比べて小さくなる。遅延時間Ｔｄは、０よりも大きく、ＬＮＡ１２０およびＶＧＡ１５０のそれぞれの利得が変更される周期（図９に示すΔｔ）よりも小さい値である。
【００３１】
このように、本実施の形態によれば、ＶＧＡ１５０の利得は、ＬＮＡ１２０の利得よりも遅延して変更されるので、ＤＣオフセットの過渡応答成分を低減させることができる。
【００３２】
また、図３（Ｆ）において、直線Ｌと実線とで囲まれた面積ＳＢは、直線Ｌと破線とで囲まれた面積ＳＡに比べて明らかに小さい。従って、本実施の形態は、単位時間当たりのＤＣオフセット成分が従来よりも小さい。上述のとおり、受信特性における誤り率は単位時間あたりの面積Ｓの累積値に比例するので、本実施の形態は、従来例よりも受信特性における誤り率が小さい。その結果、本実施の形態は、従来例よりも受信性能が良くなる。
【００３３】
尚、本実施の形態において、ＬＮＡ１２０の利得は２段階に変更可能としているが、３段階以上に変更可能としてもよい。
【００３４】
図４（Ａ）から図４（Ｈ）は、受信電界強度が単調に変化する場合のＬＮＡ１２０の利得およびＶＧＡ１５０の利得のタイムチャート、並びに、受信信号の信号強度およびベースバンド信号の信号強度のタイムチャートである。図４（Ａ）から図４（Ｈ）を参照して、図３（Ａ）から図３（Ｆ）に示した実施の形態の変形例を説明する。
【００３５】
まず、アンテナ１１０からの受信信号の信号強度が図４（Ａ）に示すように時点ｔ１０からｔ３０に亘って低下する場合を説明する。ＶＧＡ１５０の利得は、利得制御部１６０のフィードバック制御を受けて、図４（Ｃ）に示すように時点ｔ１０から徐々にステップ状に上昇する。これによって、受信信号の信号強度が低下しても受信信号の増幅率が上昇するので、ベースバンド信号の信号強度は、図４（Ｄ）に示すように一定に維持される。
【００３６】
しかし、ＶＧＡ１５０の利得には上限がある。従って、時点ｔ２０においてＶＧＡ１５０の利得がその上限近傍にまで達した場合、図４（Ｂ）に示すようにＬＮＡ１２０の利得を低利得から高利得へ変更し、尚且つ、図４（Ｃ）に示すようにＶＧＡ１５０の利得を高利得から低利得へ変更する。ＬＮＡ１２０およびＶＧＡ１５０のそれぞれの利得の変更幅はほぼ等しい。これによって、ＶＧＡ１５０の利得の低下をＬＮＡ１２０の利得の増加によって補償することができる。このときに生じるＤＣオフセットの過渡応答特性は、図４（Ｄ）に示すように比較的小さい。
【００３７】
時点ｔ２０からｔ３０までにおいて、受信信号の信号強度がさらに低下し続けている。このような場合には、ＶＧＡ１５０の利得をさらにステップ状に上昇させることによってベースバンド信号の信号強度を一定に維持することができる。なお、図４（Ｄ）および後述する図４（Ｈ）においては、ＶＧＡ１５０のステップ状の利得切替えに伴うＤＣオフセットの過渡応答成分は小さいため省略して記載している。
【００３８】
次に、受信信号の信号強度が図４（Ｅ）に示すように時点ｔ１１からｔ３１に亘って上昇する場合を説明する。ＶＧＡ１５０の利得は、利得制御部１６０のフィードバック制御を受けて、図４（Ｇ）に示すように時点ｔ１１から徐々にステップ状に低下する。これによって、受信信号の信号強度が上昇しても受信信号の増幅率が低下するので、ベースバンド信号の信号強度は、図４（Ｇ）に示すように一定に維持される。
【００３９】
しかし、ＶＧＡ１５０の利得には下限がある。従って、時点ｔ２１においてＶＧＡ１５０の利得がその下限近傍にまで達した場合、図４（Ｆ）に示すようにＬＮＡ１２０の利得を高利得から低利得へ変更する。このとき、ＬＮＡ１２０の利得の変更と同時にＶＧＡ１５０の利得を変更すると、図４（Ｈ）の破線で示すように、時点ｔ２１において大きなＤＣオフセットの過渡応答成分が発生する。
【００４０】
そこで、本変形例では、図４（Ｇ）の実線で示すように、ＶＧＡ１５０の利得は、ＬＮＡ１２０の利得の変更時からＴｄだけ遅延して低利得から高利得へ変更される。このとき、ＬＮＡ１２０およびＶＧＡ１５０のそれぞれの利得の変更幅はほぼ等しい。尚、遅延時間Ｔｄ＝ｔ３１−ｔ２１である。これによって、図４（Ｈ）の実線で示すように、時点ｔ２１において生じるＤＣオフセットの過渡応答成分は、従来における過渡応答成分に比べて小さくなる。遅延時間Ｔｄは、０よりも大きく、ＬＮＡ１２０およびＶＧＡ１５０のそれぞれの利得が変更される周期（図９に示すΔｔ）よりも小さい値である。
【００４１】
時点ｔ２１からｔ３１までにおいて、受信信号の信号強度がさらに増加し続けている。この場合には、ＶＧＡ１５０の利得を徐々に低下させることによってベースバンド信号の信号強度を一定に維持することができる。
【００４２】
このように、本変形例によれば、ＶＧＡ１５０の利得は、ＬＮＡ１２０の利得よりも遅延して変更されるので、図３（Ａ）から（Ｆ）の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４３】
従来においては、図４（Ｇ）の破線で示すように、時点ｔ２１からｔ３１の間において、ＶＧＡ１５０の利得が変更されている。これは、ＤＣオフセットの過渡応答成分が発生しているときに、ＶＧＡ１５０の利得が制御されていることを意味する。よって、ＶＧＡ１５０の利得は、時点ｔ２１において、大きく変更されている。
【００４４】
これに対し、本変形例によれば、ＶＧＡ１５０の利得は、遅延時間Ｔｄの間、即ち、時点ｔ２１からｔ３１の間において変更されない。これによって、本変形例は、時点ｔ３１において変更されるＶＧＡ１５０の利得の幅が時点ｔ２１における従来のそれよりも小さい。よって、本変形例において生じるＤＣオフセットの過渡応答成分は比較的小さい。また、図３（Ａ）から（Ｆ）に示した実施の形態によれば、時点ｔ３１において変更されるＶＧＡ１５０の利得の幅は、時点ｔ２１における従来のそれと同じである。従って、本変形例の時点ｔ３１におけるＤＣオフセットの過渡応答成分のピークＰ２は、図３（Ａ）から（Ｆ）に示した実施の形態の時点ｔ３１における過渡応答成分のピークＰ１よりもさらに小さくなる。
【００４５】
本変形例において、ＬＮＡ１２０の利得を変更することなく、ＶＧＡ１５０の利得が単独で変更される場合もあるが、この場合は、ＤＣオフセットの過渡応答成分は図４（Ｄ）と同様に比較的小さいので問題とならない。
【００４６】
図５は、本実施の形態における無線受信機１００の動作を示すフロー図である。アンテナ１１０においてＲＦ信号が受信される（Ｓ１０）。受信された信号は、ＬＮＡ１２０において増幅される（Ｓ２０）。直行復調器１３０が高周波数のＲＦ信号からベースバンド信号へ変換する（Ｓ３０）。ベースバンド信号は、ＬＦＰ１４０において波形整形され（Ｓ４０）、ＶＧＡ１５０において増幅される（Ｓ５０）。ＤＣオフセットキャンセラ１９４はこのベースバンド信号からＤＣオフセット成分を除去する（Ｓ６０）。利得制御部１６０は、ＶＧＡ１５０から出力されたベースバンド信号を入力し、ＬＮＡ１２０およびＶＧＡ１５０をフィードバック制御する（Ｓ７０）。さらに、復調部１７０がベースバンド信号をデジタル信号へ復調する（Ｓ８０）。
【００４７】
図６は、ステップＳ７０における利得制御部１６０の動作の詳細を示すフロー図である。ベースバンド信号が利得制御部１６０に入力されると、信号強度検出部１８０がこのベースバンド信号の信号強度を検出する（Ｓ７０−１）。
【００４８】
次に、利得選択部１９０が、ベースバンド信号の信号強度を一定に維持するようにＬＮＡ１２０およびＶＧＡ１５０のそれぞれの利得を選択する（Ｓ７０−３）。次に、変更時期制御部１９６は、現時点の実際のＬＮＡ１２０の利得状態と、選択されたＬＮＡ１２０の利得とを比較する（Ｓ７０−５）。この比較の結果、変更前後にＬＮＡ１２０の利得が、変更時期制御部１９６に予め格納されている閾値を通過するか否かを判断する（Ｓ７０−６）。
【００４９】
変更前後にＬＮＡ１２０の利得がこの閾値を通過する場合には、変更時期制御部１９６は、さらに、現時点のＬＮＡ１２０の利得状態を判断する（Ｓ７０−７）。ＬＮＡ１２０の利得状態の判断は、ＬＮＡ１２０の利得がこの閾値よりも高いか否かによって判断すればよい（Ｓ７０−８）。この判断の結果、現時点のＬＮＡ１２０の利得が高利得である場合には、変更時期制御部１９６は遅延制御部１９８へ遅延制御信号を出力する（Ｓ７０−９）。
【００５０】
次に、利得制御信号発生部１９２は、利得選択部１９０において選択されたＬＮＡ１２０およびＶＧＡ１５０のそれぞれの利得に基づいて、利得制御信号をＬＮＡ１２０および遅延制御部１９８へ出力する（Ｓ７０−１１）。遅延制御部１９８は、利得制御信号および遅延制御信号を入力し、利得制御信号を遅延させてＶＧＡ１５０へ出力する。これによって、ＶＧＡ１５０の利得は、ＬＮＡ１２０の利得と比べて遅延して変更される（Ｓ７０−１３）。
【００５１】
ステップＳ７０−８において、現時点のＬＮＡ１２０利得が低利得である場合には、変更時期制御部１９６は遅延制御信号を出力しない。遅延制御信号が出力されていないので、遅延制御部１９８は、利得制御信号を遅延させることなくＶＧＡ１５０へ出力する。これによって、ＶＧＡ１５０の利得は、ＬＮＡ１２０の利得と同時に変更される（Ｓ７０−１５）。
【００５２】
ステップＳ７０−６において、変更前後にＬＮＡ１２０の利得が閾値を通過しない場合には、遅延制御信号は出力されない。変更時期制御部１９６は、さらにＶＧＡ１５０の利得が変更されるか否かを判断する（Ｓ７０−１７）。この判断において、利得比較部２０１は、ＶＧＡ１５０の低利得とその高利得との間にある閾値を予め格納し、この閾値よりも大きい利得を高利得と判断し、それよりも小さい利得を低利得と判断する。変更前後においてＶＧＡ１５０の利得がこの閾値を通過する場合に、変更時期制御部１９６は、ＶＧＡ１５０の利得が変更されると判断する（Ｓ７０−１８）。
【００５３】
ＶＧＡ１５０の利得が変更されると判断された場合には、利得制御信号発生部１９２は、遅延制御部１９８を介して、ＶＧＡ１５０の利得を変更する利得制御信号をＶＧＡ１５０へ出力する。変更時期制御部１９６から遅延制御信号が発せられていないので、遅延制御部１９８は、利得制御信号を遅延させることなく利得制御信号をＶＧＡ１５０へ通過させる。これによって、ＶＧＡ１５０の利得が変更される。（Ｓ７０−１９）。
【００５４】
遅延制御部１９８は、ＶＧＡ１５０の利得が変更されないと判断された場合には、ＶＧＡ１５０の利得を変更しない。
【００５５】
図７は、ＬＮＡ１２０の利得を高利得から低利得へ変更し、尚且つ、ＶＧＡ１５０の利得を低利得から高利得へ変更したときのＤＣオフセット成分を実測したときのグラフである。図７は、ベースバンド信号の信号強度を実測したときの図４（Ｈ）のグラフに該当する。曲線Ａは、従来例と同様にＬＮＡ１２０の利得およびＶＧＡ１５０の利得を同時に変更したときのＤＣオフセット成分を示す。曲線Ｂは、本実施の形態に従って、ＶＧＡ１５０の利得をＬＮＡ１２０の利得よりも遅延させて変更したときのＤＣオフセット成分を示す。これらのグラフは、信号発生器からＲＦ信号をＬＮＡ１２０へ入力し、ＶＧＡ１５０から出力されたベースバンド信号をデジタルオシロスコープにて観測した実測結果を示すデータである。
【００５６】
曲線Ａにおいて、ＶＧＡ１５０から出力されるＤＣオフセットの過渡応答成分は、最大約８０ｍＶである。一方で、曲線Ｂにおいては、ＶＧＡ１５０から出力されるＤＣオフセットの過渡応答成分は、最大約６０ｍＶである。よって、曲線Ｂの過渡応答成分は、曲線Ａの過渡応答成分に比較して明らかに低い。
【００５７】
本実施の形態によれば、ＤＣオフセット成分に対して閾値を設けた場合に、ＤＣオフセット成分がこの閾値を超える確率は従来よりも低くなる。
【００５８】
また、曲線Ｂと破線とで囲まれた面積ＳＢは、曲線Ａと破線とで囲まれた面積ＳＡに比べて明らかに小さい。従って、本実施の形態は、単位時間当たりのＤＣオフセット成分が従来よりも小さい。上述のとおり、受信特性における誤り率は単位時間あたりの面積Ｓの累積値に比例するので、本実施の形態は、従来例よりも受信特性における誤り率が小さい。その結果、本実施の形態は、従来例よりも受信性能が良くなる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明による無線受信機は、ＤＣオフセットの過渡応答成分による受信性能の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態のブロック図。
【図２】変更時期制御部１９６の具体例を示すブロック図。
【図３】ＬＮＡ１２０の利得およびＶＧＡ１５０の利得のタイムチャート、並びに、ベースバンド信号の信号強度のタイムチャート。
【図４】フェージング時におけるＬＮＡ１２０の利得およびＶＧＡ１５０の利得のタイムチャート、並びに、受信信号の信号強度およびベースバンド信号の信号強度のタイムチャート。
【図５】本実施の形態における無線受信機の動作を示すフロー図。
【図６】ステップＳ７０における利得制御部１６０の動作の詳細を示すフロー図。
【図７】ＬＮＡ１２０の利得を高利得から低利得へ変更し、尚且つ、ＶＧＡ１５０の利得を低利得から高利得へ変更したときのＤＣオフセット成分を示したグラフ。
【図８】従来の受信機のブロック図。
【図９】従来のＬＮＡ２０およびＶＧＡ５０のそれぞれの利得を示すグラフ。
【符号の説明】
１００ 無線受信機
１１０ アンテナ
１２０ ＬＮＡ
１３０ 直行復調器
１４０ ＬＰＦ
１５０ ＶＧＡ
１６０ 利得制御部
１７０ 復調部
１９４ ＤＣオフセットキャンセラ
１９６ 切替え時期制御部
２０１ 利得比較部
２０３ 遅延制御信号発生部
Claims (11)
- 受信された無線信号を増幅する第１の増幅器と、
前記第１の増幅器により増幅された前記無線信号をベースバンド信号へ復調する直交復調器と、
前記ベースバンド信号を増幅する第２の増幅器と、
前記第２の増幅器により増幅されたベースバンド信号を復調する復調部と、
前記第１および第２の増幅器の利得を変更するときに、少なくとも変更前および変更後のそれぞれの前記第１の増幅器の利得に基づいて前記第２の増幅器の利得を変更する時期を制御する利得制御部とを備えた無線受信機。 - 前記第２の増幅器により増幅されたベースバンド信号の信号強度を検出する検出器と、
前記直交復調器により復調されたベースバンド信号の波形を整形するフィルタと、
前記第２の増幅器により増幅されたベースバンド信号のＤＣオフセット成分を除去するオフセット除去回路とをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の無線受信機。 - 前記利得制御部は、前記第１の増幅器の利得を高利得から低利得へ変更し、かつ前記第２の増幅器の利得を低利得から高利得へ変更する場合に、前記第２の増幅器の利得を前記第１の増幅器の利得に対して遅延して変更することを特徴とする請求項１に記載の無線受信機。
- 前記第１の増幅器の利得変更から前記第２の増幅器の利得変更までの遅延時間は、前記第１の増幅器の利得および前記第２の増幅器の利得を変更する周期よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の無線受信機。
- 前記利得制御部は、
前記ベースバンド信号の強度を検出する信号検出部と、
前記ベースバンド信号の強度に基づいて前記第１の増幅器の利得および前記第２の増幅器の利得を選択する利得選択部と、
前記第１の増幅器および前記第２の増幅器のそれぞれの実際の利得と前記利得選択部により選択された前記第１の増幅器の利得および前記第２の増幅器の利得とを比較し、この比較結果に基づいて前記第２の増幅器の利得を変更する時期を決定する時期決定部と、
前記第１の増幅器の利得および前記第２の増幅器の利得を変更する制御信号を発生する制御信号生成部と、
前記時期決定部によって決定された時期に従って前記第２の増幅器へ前記制御信号を送信する制御信号送信部とを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線受信機。 - 前記利得制御部が、前記第１の増幅器の利得を高利得から低利得へ変更し、かつ前記第２の増幅器の利得を低利得から高利得へ変更する場合に、
前記時期決定部は、前記第２の増幅器の利得を前記第１の増幅器の利得に対して遅延して変更するように前記第１の増幅器の利得および前記第２の増幅器の利得を変更する時期を決定し、
前記制御信号送信部は、前記第２の増幅器を前記第１の増幅器の利得に対して遅延して前記制御信号を送信する遅延回路であることを特徴とする請求項５に記載の無線受信機。 - 前記直交復調器、前記第２の増幅器および前記復調部が互いに直列に接続された復調回路列が前記第１の増幅器に対して複数並列に接続されており、
前記利得制御部は、複数の前記復調回路列に含まれている複数の前記第２の増幅器を共通に制御することを特徴とする請求項１に記載の無線受信機。 - 前記利得制御部は、複数の前記復調回路列に含まれている複数の前記第２の増幅器を同時に制御することを特徴とする請求項７に記載の無線受信機。
- 前記利得制御部は、複数の前記復調回路列に含まれている複数の前記第２の増幅器の利得を同じだけ変更することを特徴とする請求項７に記載の無線受信機。
- 受信された無線信号を増幅する第１の増幅器と、
前記第１の増幅器により増幅された前記無線信号をベースバンド信号へ復調する直交復調器と、
前記第１の増幅器の利得を変更した後、少なくとも変更前および変更後の前記第１の増幅器の利得に基づいた利得で前記ベースバンド信号を増幅する第２の増幅器と、
前記第２の増幅器により増幅されたベースバンド信号を復調する復調部を備えた無線受信機。 - 無線信号を受信するステップと、
該無線信号を増幅する第１の増幅ステップと、
前記第１の増幅ステップにおいて増幅された無線信号をベースバンド信号へ復調するステップと、
該ベースバンド信号を増幅する第２の増幅ステップと、
前記第２の増幅ステップにおいて増幅されたベースバンド信号を復調するステップと、
前記第１のおよび第２の増幅器の利得を変更するときに、少なくとも変更前および変更後のそれぞれにおける前記第１の増幅器の利得に基づいて、前記第１の増幅器の利得および前記第２の増幅器の利得を変更する時期を決定する時期決定ステップと、
前記時期決定ステップにおいて決定された時期に従って前記第１の増幅器の利得および前記第２の増幅器の利得を変更するステップとを備えた無線信号処理方法。
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