JP2004363743A

JP2004363743A - 無線通信装置

Info

Publication number: JP2004363743A
Application number: JP2003157530A
Authority: JP
Inventors: Yasunobu Watanabe; 保信渡辺
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2004-12-24

Abstract

【課題】受信系のフロントエンドに低雑音増幅器（ＬＮＡ）を有する無線通信装置に関し、受信入力レベルの変動に対して低雑音増幅器（ＬＮＡ）出力の位相変動量を極力抑え、十分大きなダイナミックレンジを確保するとともに消費電力を少なくする。
【解決手段】ベースバンド処理部１−２において、受信入力レベル値が低雑音増幅器１−１の通常動作時の飽和レベルを越えたことを、受信電界強度情報（ＲＳＳＩ）等を基に検出し、かつ受信誤り率が規定値を超えたことを検出したことを条件として、低雑音増幅器１−１の電流源回路をＡ側の大電流の電流源回路に切換えて飽和点のレベルを高くし、出力信号の歪み発生を抑える。逆に、受信入力レベル値が、通常動作時の飽和レベルより低い場合には、低雑音増幅器１−１の電流源回路をＢ側の小電流の電流源回路に切換えて飽和点のレベルを低くして消費電力を小さくする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、受信系のフロントエンドに低雑音増幅器（ＬＮＡ：ＬｏｗＮｏｉｓｅＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）を有する無線通信装置に関し、特に、携帯電話機等において、該低雑音増幅器（ＬＮＡ）の飽和による歪の少ない無線通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に従来のゲイン切換え型受信回路の無線通信装置を示す。同図において、５−１はアンテナ、５−２は周波数共用フィルタ（ＤＵＰ）、５−３は低雑音増幅器（ＬＮＡ）、５−４は帯域制限フィルタ（ＢＰＦ）、５−５はダウンコンバータ、５−６は自動利得制御回路（ＡＧＣ）、５−７は直交復調回路（ＱＤＥＭ）、５−８はベースバンド処理部である。
【０００３】
図５の構成において、送受信兼用のアンテナ５−１で受信した受信信号を、周波数共用フィルタ（ＤＵＰ）５−２により取出し、該受信信号を雑音指数（ＮＦ：ＮｏｉｓｅＦｉｇｕｒｅ）の低い低雑音増幅器（ＬＮＡ）５−３で増幅し、帯域制限フィルタ（ＢＰＦ）５−４で所望の帯域を抽出し、ダウンコンバータ５−５によりベースバンド信号に変換し、自動利得制御回路（ＡＧＣ）５−６により受信レベルを調整し、直交復調回路（ＱＤＥＭ）５−７により復調する。
【０００４】
復調された受信信号はベースバンド処理部５−８に送られ、ベースバンド処理部５−８では受信ベースバンド信号を基に、低雑音増幅器（ＬＮＡ）５−３のゲイン切換え及び自動利得制御回路（ＡＧＣ）５−６のゲイン制御を行い、入力される受信信号の入力レベル変動に対して利得を調整し、一定レベルの受信入力信号が得られるように制御する。
【０００５】
本発明に関連する先行技術は下記の文献に記載されている。下記の特許文献１には、受信入力強度を表すＲＳＳｉ信号が所定の基準レベル以上になると、該ＲＳＳｉ信号が所定の基準レベル以下になるように受信機フロントエンドの電流を制限して受信機消費電力を節電させる無線電話機が記載されている。
【０００６】
また、下記の特許文献２には、受信電界強度の大小に応じて受信機の動作電圧を昇降切換制御することにより、移動機が送信局近くて電界強度が大きいときは受信部の動作電圧を低くして消費電流を低減する無線機の動作電圧制御回路が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平０５−１３７９２６号公報（第１頁左下欄等）
【特許文献２】
特開平０５−３７４０８号公報（段落００１０等）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
受信信号の入力ダイナミックレンジを大きく確保するためには、受信回路の雑音レベルを抑える低雑音増幅器（ＬＮＡ）５−３及び受信入力レベルを調整する自動利得制御回路（ＡＧＣ）５−６が必要となる。しかし、高レベルの受信信号が入力されると、低雑音増幅器（ＬＮＡ）５−３やダウンコンバータ５−５等で入力レベルが飽和レベルに達し、出力信号に歪みを生じる。
【０００９】
そのため、ベースバンド処理部５−８で受信信号の入力レベルを観測し、該入力レベルを基に、低雑音増幅器（ＬＮＡ）５−３のゲイン制御を行っている。図５には、低雑音増幅器（ＬＮＡ）５−３をバイパスさせるバイパススイッチをオン／オフ制御することにより、低雑音増幅器（ＬＮＡ）５−３の入出力信号に対するゲイン切換えを行う構成例を示している。
【００１０】
しかし、低雑音増幅器（ＬＮＡ）５−３をバイパスさせるか否かの切換えによりゲインを制御する構成の場合、受信した入力信号が低雑音増幅器（ＬＮＡ）５−３を通過した場合とバイパスした場合とで、低雑音増幅器（ＬＮＡ）５−３通過の遅延分の位相変動や雑音指数（ＮＦ）の変動を、受信入力信号に対して発生させる。
【００１１】
受信入力信号の位相変動に対処するためには、図５のベースバンド処理部５−８に位相補償回路を設ける必要がある。更に、低雑音増幅器（ＬＮＡ）５−３のゲイン制御を行うに際して、自動利得制御回路（ＡＧＣ）５−６内のレベル検出に対して、低雑音増幅器（ＬＮＡ）５−３のゲイン変化幅を通知する構成が必要となる。
【００１２】
図６に、自動利得制御回路（ＡＧＣ）５−６における受信入力レベルに対する自動利得制御の制御コードを示す。同図に示すように、低雑音増幅器（ＬＮＡ）５−３のゲイン切換えに合せて、自動利得制御回路（ＡＧＣ）５−６のゲイン補正を行わなければならない。
【００１３】
低雑音増幅器（ＬＮＡ）５−３は、アナログ回路特有の個体毎の特性のバラツキがあるため、ゲイン幅の調整が困難である。また、受信入力信号の飽和レベルを抑えるために、低雑音増幅器（ＬＮＡ）５−３のゲインを切換える場合、電源電圧や電流源を切換えて対応することにより消費電流が増加する。
【００１４】
本発明は、受信入力レベルの変動に対して低雑音増幅器（ＬＮＡ）出力の位相変動量を極力抑え、それにより、ベースバンド処理回路以降での位相補償回路を設ける必要がなく、また、ゲイン切り換えを行わずとも、受信信号に対する十分大きなダイナミックレンジを確保するとともに消費電力を極力少なくすることができる無線通信装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の無線通信装置は、（１）受信系のフロントエンドに配置され、複数の異なる飽和レベルを設定しうる低雑音増幅器と、受信信号の受信入力レベルを検出し、該受信入力レベルが所定のレベルより高い場合に、受信誤り率を確認し、該受信誤り率が所定の規定値より高いことを検出したことを条件として、前記低雑音増幅器の飽和点のレベルを、受信入力レベルが所定のレベル以下のときの飽和点のレベルより高く設定する飽和点切換え手段とを備えたものである。
【００１６】
また、（２）前記低雑音増幅器に動作電流が異なる複数の電流源回路を配備し、前記飽和点切換え手段は、飽和点のレベルを高く設定するときには動作電流の大きい電流源回路を動作させ、飽和点のレベルを低く設定するときには動作電流の少ない電流源回路を動作させて、該低雑音増幅器の飽和点を切り換える構成を有するものである。
【００１７】
また、（３）前記低雑音増幅器として複数の異なる電源電圧で動作する低雑音増幅器を用い、前記飽和点切換え手段は、飽和点のレベルを高く設定するときには高い電源電圧で該低雑音増幅器を動作させ、飽和点のレベルを低く設定するときには低い電源電圧で該低雑音増幅器を動作させて、該低雑音増幅器の飽和点のレベルを切り換える構成を有するものである。
【００１８】
また、（４）前記飽和点切換え手段において、受信信号のベースバンド信号のレベルと、受信入力レベルを一定値に保つようにゲインを調整する自動利得制御回路に対するゲイン制御電圧又はゲイン制御コードとに基づいて、前記受信入力レベルを検出する構成を有するものである。
【００１９】
また、（５）前記飽和点切換え手段において、受信入力強度を表すＲＳＳＩ信号と、受信入力レベルを一定値に保つようにゲインを調整する自動利得制御回路に対するゲイン制御電圧又はゲイン制御コードとに基づいて、前記受信入力レベルを検出する構成を有するものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による飽和点切換え型受信回路の無線通信装置の第１の実施形態を示す。同図の構成において、図５に示した従来の無線通信装置と同様の構成要素には、図５と同一の符号を付し、それらについての重複した説明は省略する。本発明による飽和点切換え型受信回路の無線通信装置において、従来のゲイン切換え型受信回路の無線通信装置と異なる構成は、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１−１及びベースバンド処理部１−２の構成である。
【００２１】
低雑音増幅器（ＬＮＡ）１−１は、その飽和レベルがベースバンド処理部１−２からの制御により変化し、ゲインは変化することなく一定のゲインを維持するものを用いる。ベースバンド処理部１−２は、フロントエンドにおける無線信号の受信入力レベルを検出し、該受信入力レベルが所定の閾値より高い場合に、受信誤り率を確認し、該受信誤り率が或る規定値を超えて受信特性が劣化したことを条件として、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１−１の飽和点のレベルが高くなるように回路構成を切換える制御を行う。
【００２２】
このように、飽和点のレベルが切換わる低雑音増幅器（ＬＮＡ）１−１を用い、飽和レベルより受信入力レベルが高くなって歪が生じる場合でも、受信誤り率が低く受信特性が劣化していない場合には、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１−１の飽和レベルを低いレベルに維持したままにし、受信誤り率が高く受信特性が劣化した場合にのみ、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１−１の飽和レベルを高いレベルに切り換える。
【００２３】
この構成により、受信入力レベルが低雑音増幅器（ＬＮＡ）１−１の飽和レベルより高くても、受信特性が劣化していない場合には、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１−１の飽和レベルを低く設定しておくことにより消費電流を抑え、受信特性が劣化した場合のみ、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１−１の飽和レベルを高いレベルに設定する。
【００２４】
低雑音増幅器（ＬＮＡ）１−１の飽和レベルは消費電力と密接に関係し、飽和レベルを高くすると消費電力が増大する。このことから、受信入力レベルが高くかつ受信特性が劣化した場合にのみ、回路電流が多く流れるように電流源回路をＡ側に切換えて飽和レベルを一時的に高くすることにより歪みの発生を抑え、通常時の受信入力レベルが低く歪を生じないときは、回路電流が少なく流れるように電流源回路をＢ側に切換えて低雑音増幅器（ＬＮＡ）１−１の飽和レベルを低く設定しておくことにより、消費電力を低減することができる。
【００２５】
図２の（ａ）に低雑音増幅器（ＬＮＡ）における電流源回路の切換えによる飽和点の差を示す。同図の（ｂ）に示す構成例のように、低雑音増幅器（ＬＮＡ）の電流源回路として、電流がより多く流れる第１の電流源回路２−１と、電流がより少なく流れる第２の電流源回路２−２とを設け、この第１及び第２の電流源回路２−１，２−２の何れか一方を低雑音増幅器（ＬＮＡ）の電流源回路として動作するように切り換えを行うことにより、低雑音増幅器（ＬＮＡ）の飽和点を切換える。
【００２６】
低雑音増幅器（ＬＮＡ）の飽和レベルを切り換えることにより、受信入力信号に対して十分なダイナミックレンジを自動利得制御回路（ＡＧＣ）側で確保することができ、自動利得制御回路（ＡＧＣ）の制御回路が簡素化される。更に、従来のように、低雑音増幅器（ＬＮＡ）のゲイン切換えを行う構成と異なり、位相変動を極力小さく抑えることができる。
【００２７】
移動通信機器という観点から消費電力の増加を考えた場合、受信入力レベルが高い場合に、低雑音増幅器（ＬＮＡ）の消費電力が増大したとしても、移動通信機器と基地局との間の通信距離が短くなっていることから、移動通信機器の送信回路における電力増幅器（ＰＡ：ＰｏｗｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）による送信電力は低く設定され消費電力が減少する。従って、受信入力レベルが高い場合には、低雑音増幅器（ＬＮＡ）での消費電力の増加は、移動通信機器全体の消費電力に影響しない。
【００２８】
低雑音増幅器（ＬＮＡ）の飽和レベルが高くなるように飽和点の切換えを行うことにより、低雑音増幅器（ＬＮＡ）の消費電力が増加するが、その増加を少しでも抑えるために、受信データの誤り率を確認し、該誤り率が或る規定値以上に達し、受信特性が劣化した場合にのみ、飽和点のレベルを高く設定する切換えを行う。
【００２９】
図１の無線通信装置の回路構成の動作に関して詳述すると、アンテナ５−１から入力された受信信号は、周波数共用フィルタ（ＤＵＰ）５−２の受信部側へ分配される。受信部として同図は一般的なヘテロダイン方式の構成例を示し、ダウンコンバータ５−５により無線周波数信号をベースバンド帯域に変換し、直交復調回路（ＱＤＥＭ）５−７によりＩ成分及び／Ｑ成分の復調信号を得て、ベースバンド処理部１−２において該Ｉ成分及び／Ｑ成分の復調信号から受信電界強度情報（ＲＳＳＩ：ＲｅｃｅｉｖｅｄＳｉｇｎａｌＳｔｒｅｎｇｔｈＩｎｄｉｃａｔｏｒ）即ち受信入力レベル値を検出する。
【００３０】
例えば、低雑音増幅器（ＬＮＡ）の通常動作時の飽和レベルが−５０ｄＢｍである場合、受信入力レベル値が飽和レベルの−５０ｄＢｍ以上になると、歪の発生により、図３に示すように受信誤り率が上昇する。そして、受信誤り率が或る規定値を超え、受信特性が劣化したことが検出されたことを条件として、低雑音増幅器（ＬＮＡ）の電流源回路を大電流の電流源回路に切換えて飽和点のレベルを高くし、出力信号の歪み発生を抑える。
【００３１】
逆に、受信入力レベル値が、通常動作時の飽和レベルである−５０ｄＢｍより低い場合には、低雑音増幅器（ＬＮＡ）の電流源回路を小電流の電流源回路に切換えて飽和点のレベルを低くして消費電力を小さくする。この場合、受信入力レベルが低いので、受信信号が低雑音増幅器（ＬＮＡ）で歪むことはない。
【００３２】
なお、ベースバンド処理部１−２において検出される受信電界強度情報（ＲＳＳＩ）は、自動利得制御回路（ＡＧＣ）５−６に設定したゲインを加味して観測され、無線通信装置の受信入力レベルに応じて変化する値となり、受信入力レベルが大きい場合には、受信電界強度情報（ＲＳＳＩ）も大きい値を示し、受信入力レベルが小さい場合には、受信電界強度情報（ＲＳＳＩ）も小さい値を示す。
【００３３】
受信入力レベルが低雑音増幅器（ＬＮＡ）の通常動作時の飽和レベルを超えているか否かを、受信電界強度情報（ＲＳＳＩ）を基に検出し、該飽和レベルを超えていることを検出すると、受信誤り率が或る規定値を超えているか判定し、受信誤り率が該規定値を超えている場合に、低雑音増幅器（ＬＮＡ）の飽和レベルを高くすることにより歪を抑えて受信誤り率を低下させる。
【００３４】
このように、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１−１は飽和点が切換わるだけでゲインが変化することはないので、自動利得制御回路（ＡＧＣ）５−６は、図６に示した従来例のように切換えに伴うゲイン調整を行う必要はなく、ゲイン制御を簡略化した構成のものを用いることができる。
【００３５】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本発明の第２の実施形態の構成を図４に示す。本発明の第２の実施形態は、図１に示した第１の実施形態の電流源回路切換えの構成に代えて、低雑音増幅器（ＬＮＡ）の電源電圧を切換え、又は変化させ、低雑音増幅器（ＬＮＡ）の飽和点を変化させるものである。
【００３６】
この第２の実施形態は、受信入力レベルが低雑音増幅器（ＬＮＡ）４−１の通常動作時の飽和レベル、例えば−５０ｄＢｍ以上の場合には、低雑音増幅器（ＬＮＡ）４−１の電源電圧を、切り換えスイッチ回路を用いて、飽和点のレベルを高くするＡ側の電源電圧（＋５Ｖ）に切り換えて受信信号の歪みを抑える。
【００３７】
受信入力レベルが例えば−５０ｄＢｍの飽和レベルより低い通常動作時の通信環境で使用されている場合には、低雑音増幅器（ＬＮＡ）４−１の電源電圧を、切り換えスイッチ回路により飽和点のレベルを低くするＢ側の電源電圧（＋３Ｖ）に切り換える。こうすることにより、消費電流を極力抑え、かつ、受信信号に対する歪みを防ぐことができる。図４に示す構成において、そのほかの構成要素は、図１に示した構成要素と同一であるので、同一の構成要素に同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来のように低雑音増幅器（ＬＮＡ）のゲイン切り換えを行うことなく、受信入力レベルに応じて低雑音増幅器（ＬＮＡ）の飽和点のレベルを切り換えることにより、受信信号に対して十分大きな受信ダイナミックレンジを確保するとともに、位相変化量を極力抑えることができる。従って、ベースバンド処理回路以降に位相補償回路を付加する必要がなく、また低雑音増幅器（ＬＮＡ）として特に位相変化の小さい回路を選別する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による飽和点切換え型受信回路の無線通信装置の第１の実施形態を示す図である。
【図２】低雑音増幅器（ＬＮＡ）における電流源回路の切換えによる飽和点の差及び電流源回路の構成例を示す図である。
【図３】受信入力レベルと受信誤り率との関係を示す図である。
【図４】本発明による飽和点切換え型受信回路の無線通信装置の第２の実施形態を示す図である。
【図５】従来のゲイン切換え型受信回路の無線通信装置を示す図である。
【図６】自動利得制御回路（ＡＧＣ）の受信入力レベルに対する利得制御の制御コードを示す図である。
【符号の説明】
１−１低雑音増幅器（ＬＮＡ）
１−２ベースバンド処理部
５−１アンテナ
５−２周波数共用フィルタ（ＤＵＰ）
５−４帯域制限フィルタ（ＢＰＦ）
５−５ダウンコンバータ
５−６自動利得制御回路（ＡＧＣ）
５−７直交復調回路（ＱＤＥＭ）

Claims

受信系のフロントエンドに配置され、複数の異なる飽和レベルを設定しうる低雑音増幅器と、
受信信号の受信入力レベルを検出し、該受信入力レベルが所定のレベルより高い場合に、受信誤り率を確認し、該受信誤り率が所定の規定値より高いことを検出したことを条件として、前記低雑音増幅器の飽和点のレベルを、受信入力レベルが所定のレベル以下のときの飽和点のレベルより高く設定する飽和点切換え手段とを備えたことを特徴とする無線通信装置。
前記低雑音増幅器に動作電流が異なる複数の電流源回路を配備し、前記飽和点切換え手段は、飽和点のレベルを高く設定するときには動作電流の大きい電流源回路を動作させ、飽和点のレベルを低く設定するときには動作電流の少ない電流源回路を動作させて、該低雑音増幅器の飽和点を切り換える構成を有することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
前記低雑音増幅器として複数の異なる電源電圧で動作する低雑音増幅器を用い、前記飽和点切換え手段は、飽和点のレベルを高く設定するときには高い電源電圧で該低雑音増幅器を動作させ、飽和点のレベルを低く設定するときには低い電源電圧で該低雑音増幅器を動作させて、該低雑音増幅器の飽和点のレベルを切り換える構成を有することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
前記飽和点切換え手段において、受信信号のベースバンド信号のレベルと、受信入力レベルを一定値に保つようにゲインを調整する自動利得制御回路に対するゲイン制御電圧又はゲイン制御コードとに基づいて、前記受信入力レベルを検出する構成を有することを特徴とする請求項１に記載の無線通信回路。
前記飽和点切換え手段において、受信入力強度を表すＲＳＳＩ信号と、受信入力レベルを一定値に保つようにゲインを調整する自動利得制御回路に対するゲイン制御電圧又はゲイン制御コードとに基づいて、前記受信入力レベルを検出する構成を有することを特徴とする請求項１に記載の無線通信回路。