JP2005167861A - 受信レベルモニタ機能付ａｇｃ回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＮＦの劣化を最小限に押さえ込んだＡＧＣ回路を構成するとともに、精度がよく、かつダイナミックレンジの広い受信レベルモニタを構築する。
【解決手段】 受信回路の中に複数のＡＴＴ（２ａ，２ｂ，２ｃ）を持ち、ＩＦ検波器５の電圧出力をＡ／Ｄコンバータ６でデジタルデータに変換する。ＣＰＵ７は、このデジタルデータ値をもとにＩＦ検波器の出力が一定となるように制御するための制御値を算出し、かつＡＴＴ（２ａ，２ｂ，２ｃ）に接続された各Ｄ／Ａコンバータ（４ａ，４ｂ，４ｃ）へ出力する制御電圧値を割り振り、各ＡＴＴ（２ａ，２ｂ，２ｃ）の減衰量を変化させることによってＩＦ検波器５の電圧が一定になるように制御する。また、温度センサ８からの温度情報を取り込んで、各Ｄ／Ａコンバータ（４ａ，４ｂ，４ｃ）へ出力する制御電圧値の補正を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、地上マイクロ波基地局における送受信装置等、無線通信装置全般に適用可能な受信機に関し、特に受信レベルモニタ機能を有するＡＧＣ（自動利得制御）回路に関する。

従来、一般的な無線装置では受信レベルを算出するために、受信機のＩＦ（中間周波数）段の出力を検波する検波器を設け、該検波器の出力電圧を換算して受信レベルモニタ値としている。またＡＧＣ回路はこの検波電圧を受信機の高周波増幅器やＡＴＴ（電圧可変減衰器）に利得制御信号としてフィードバックすることにより構成されている。

図１１は、従来の受信ＡＧＣ回路及び受信レベルモニタの例を示すブロック図である。受信ＲＦ（高周波）信号は、ＲＦ増幅器１ａに入力されて高周波増幅され、ＡＴＴ（電圧可変減衰器）２ａでレベル制御された後、ミキサ３でＩＦ（中間周波）信号に変換され、更にＡＴＴ（電圧可変減衰器）２ｂ，２ｃでレベル制御された後、ＩＦ増幅器１ｄからＩＦ帯の信号として出力される。出力されたＩＦ信号の一部は検波器５により検波されてＤＣ電圧に変換された後、増幅器９で増幅されてＡＴＴ２ａ，２ｂ，２ｃに利得制御（ＡＧＣ）信号としてフィードバックされるとともに、受信レベルモニタ出力（ＲＸモニタ出力）となる。

この従来のＡＧＣ回路では、検波器５の検波出力を受信レベルモニタ信号としているが、検波器５の特性は図１２に示すように、入力レベルに対してその検波出力電圧がリニアではないために、広いダイナミックレンジをカバーする受信モニタを構成することが困難であり、受信レベルモニタの精度が悪いという問題がある。また温度やデバイスの個体差、周波数などのバラツキにより、ますます精度が悪くなるという欠点があった。

特許文献１ではこのような問題を解消するために、受信信号を所定レベルに自動制御する可変減衰器に供給される制御電流に基づき受信レベルモニタ出力を生成する受信レベルモニタ回路において、可変減衰器を定インピーダンス型とし、直列抵抗を介して制御電流を可変減衰器へ供給し、この直列抵抗の端子間電位差を検出増幅し、検出増幅した端子間電位差が可変減衰器の減衰量（ｄＢ）に対して直線的に変化するように対数変換した後、温度変化による利得変動分を補正して受信レベルモニタ出力として送出する技術が記載されている。

特開２００２−１８１８５８号公報

特許文献１記載の技術によれば、可変減衰器を制御する制御電流に基づき広い温度範囲にわたって高精度に受信レベル（ｄＢｍ）をモニタすることが可能となるが、可変減衰器として定インピーダンス型とし、直列抵抗を介して制御電流を可変減衰器へ供給する構成としなければならず、その構成が限定されてしまうという問題がある。

また、図１１に示すように受信機は一般に、高周波増幅段、ＩＦ増幅段等からなる多段増幅構成となっており、それぞれの増幅段に利得制御手段を設けることにより受信レベルの大幅な変動に対応できるダイナミックレンジの広い受信機としている。この場合、各増幅段の利得制御を一律に行うと、高いレベルの信号が入力された時にＩＭ（Inter-modulation）を劣化させないようにＡＧＣをかけることができるが、受信レベルが比較的小さい段階から前段（高周波増幅段）のＡＴＴにもＡＧＣがかかるため、ＮＦ（Noise-figure）が悪くなって受信機の性能が犠牲になってしまうという問題がある。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、ＮＦの劣化を最小限に押さえ込んだＡＧＣ回路を構成するとともに、精度がよく、かつダイナミックレンジの広い受信レベルモニタを構築することが可能な新規な手段を提供することにある。

本発明の受信ＡＧＣ回路及び受信レベルモニタは、受信回路の中に制御電圧によりその減衰量が制御される複数のＡＴＴ（電圧可変減衰器）を備えており、ＩＦ検波器の電圧出力をＡ／Ｄコンバータでデジタルデータに変換してＣＰＵ（central processing unit）に入力し、ＣＰＵが、このデジタルデータ値をもとに前記ＩＦ検波器の出力が一定となるように利得制御するための制御値を算出し、該算出した制御値から受信レベルを換算して受信レベルモニタ値として出力するとともに、該算出した制御値を元にして前記複数のＡＴＴに供給する制御値を割り振り、該割り振られた制御値をそれぞれＤ／Ａコンバータによりアナログ制御電圧に変換して各ＡＴＴに供給することを特徴とする。

また、各ＡＴＴの制御値に対して温度補正をするための温度センサと、前記ＩＦ検波器の出力が一定となるように利得制御する制御値を受信レベルに変換するためのテーブルならびに補間処理により受信レベルを算出する手段を備えていることを特徴とする。

さらに動作面では、前記ＣＰＵで割り振られた各ＡＴＴへの制御値として、最前段のＡＴＴへの制御値を除いて予め上限値を設定するとともに最後段のＡＴＴから順次制御を開始し、上限値に達するとそのＡＴＴの減衰量を固定してより前段のＡＴＴの制御を開始することを特徴とし、また、温度によりＤ／Ａ制御値（一般的なＡＧＣ増幅器のＡＧＣ電圧に相当）が一定に保たれることを特徴としている。

即ち本発明では、検波器の特性から受信レベルモニタ値を求めるのではなく、ＡＧＣ回路でのＡＴＴの制御量をもとに受信レベルモニタ値を求めている。また複数のＡＴＴを制御し、かつＡＴＴの制御値に適切な上限値を設け、あらかじめ決められた順序でＡＴＴの制御をおこなう。さらにＡＴＴは温度センサによる温度情報により同一制御量でのＡＴＴ量を変化させる。受信レベルモニタ値はあらかじめ測定されたＡＴＴ制御量対受信レベルの参照テーブルにより近似値が求められ、テーブル間の値を補間式により最終的な受信レベルモニタ値の算出をおこなう。

本発明では、複数個のＡＴＴをＲＦ増幅段及びＩＦ増幅段に適宜挿入し、各ＡＴＴに供給する制御電圧をＣＰＵにより算出して最適な制御を行わせることが可能であるのでＮＦの劣化をぎりぎりまで押さえ込んだＡＧＣ回路を構成することができる。また受信レベルモニタとして検波器の電圧をそのまま用いるのではなく、各ＡＴＴのトータルの制御値を用い、かつ温度が変化してもＡＴＴの絶対量が一定になるようにすることにより、精度がよく、かつダイナミックレンジの広い受信レベルモニタを構築することができる。

図１は、本発明の受信レベルモニタ機能付ＡＧＣ回路の実施形態を示すブロック図であり、ＲＦ（高周波）信号をＩＦ（中間周波）信号に変換する受信コンバータ回路構成となっている。

図１において、受信ＲＦ信号は、ＲＦ増幅器１ａ，１ｂおよびＡＴＴ（電圧可変減衰器）２ａを有するＲＦ増幅段で増幅され、ミキサ３によりＩＦ信号に変換された後、ＩＦ増幅器１ｃ，１ｄおよびＡＴＴ（電圧可変減衰器）２ｂ，２ｃを有するＩＦ増幅段で増幅され、ＩＦ増幅器１ｄからＩＦ帯の信号として出力される。出力されたＩＦ信号の一部は検波器５によりＤＣ電圧に変換され、さらにＡ／Ｄコンバータ６によりデジタルデータに変換されてＣＰＵ７に送られる。

ＣＰＵ７では、Ａ／Ｄコンバータ６から入力されたデジタルデータに基づいてＡＴＴ（２ａ，２ｂ，２ｃ）全体の減衰量に相当する制御値を算出し、該算出した制御値から受信レベルモニタ値を求める。さらに、算出した制御値のレベルに応じて、各ＡＴＴ（２ａ，２ｂ，２ｃ）に割り振る制御値を決定する。各ＡＴＴ（２ａ，２ｂ，２ｃ）に割り振られた制御値は、それぞれＤ／Ａコンバータ４ａ，４ｂ，４ｃでアナログ制御電圧に変換されて各ＡＴＴ２ａ，２ｂ，２ｃに供給される。

ＣＰＵ７で算出された受信レベルモニタ値は、ＲＸモニタ出力として外部表示器や通信回線を介してユーザに通知される。また、ＣＰＵ７には温度センサ８が接続されており、温度に応じた電圧が温度情報としてＣＰＵ７に取り込まれる。ＣＰＵ７はこの温度情報に基づいて各ＡＴＴ（２ａ，２ｂ，２ｃ）に割り振られた制御値を補正することにより、同一制御量でのＡＴＴ量を変化させる構成となっている。

次に、本実施形態の動作について図を参照して詳細に説明する。

まずＡＧＣの動作であるが、図１において高いレベルのＲＦ信号が入力された場合、検波器５の出力電圧は高くなる。このときＣＰＵ７は、ＡＴＴ（２ａ，２ｂ，２ｃ）を適宜に制御して減衰量を増やし、検波電圧５の出力電圧が、予めＣＰＵ７に記憶させている基準値と同じになるようにその制御値を変更する。逆に低いレベルのＲＦ信号が入力された場合、検波器５の出力電圧は低くなる。

このときＣＰＵ７は、ＡＴＴ（２ａ，２ｂ，２ｃ）を適宜に制御して減衰量を減らし、検波電圧５の出力電圧が、予めＣＰＵ７に記憶させている基準値と同じになるようにその制御値を変更する。以上の動作によりＩＦ増幅器１ｄから出力されるＩＦ信号のレベルを一定に保つことができる。

図２は、この時のＣＰＵ７の動作を示すフローチャートである。ＣＰＵ７は、Ａ／Ｄコンバータ６から読み込まれた数値から、検波電圧が基準電圧より高いか低いか判断し、高いときはＤ／Ａ制御値に対して１を加算（＋１）し、低いときはＤ／Ａ制御値から１を減算（−１）する。次に、ＣＰＵ７は予め設定されている割り振りパターンに従って算出したＤ／Ａ制御値を各ＡＴＴ（２ａ，２ｂ，２ｃ）に割り振る。

各ＡＴＴ（２ａ，２ｂ，２ｃ）に対するＤ／Ａ制御値の割り振りは、例えば図３に示されているように、Ｄ／Ａ制御値が２００以下では、最後段のＡＴＴ２ｃに全ての制御値を割り振り、Ｄ／Ａ制御値が２００より大で６００以下では、最後段のＡＴＴ２ｃの制御値は２００に固定し、残りの制御値は中間段のＡＴＴ２ｂに割り振り、Ｄ／Ａ制御値が６００より大のときには、最後段のＡＴＴ２ｃの制御値は２００に固定し、中間段のＡＴＴ２ｂの制御値は４００に固定し、残りの制御値を前段のＡＴＴ２ａに割り振るように制御する。なお、最前段のＡＴＴ２ａは、ＡＴＴ２ａの持つ固有の最小減衰量まで減衰される。

図４は、各ＡＴＴ（２ａ，２ｂ，２ｃ）の制御量をグラフにしたものである。このように、本実施形態では、各ＡＴＴの減衰量を均等に制御するのではなく、順番に制御したり、減衰量の上限値を設けたりすることが可能である。なお実施例ではＡＴＴを３段設けているが、２段以上適宜の段数とすることができる。

複数のＡＴＴによって可変減衰回路を構成した場合、仮に入力レベルが高くなるにつれて均一にあるいは前段から順に減衰させればＩＭの面では有利であるが、ＮＦが悪くなってしまう。一方、後段からＡＴＴを順に減衰させればＮＦの面では有利であるが、入力レベルがあるレベル以上となるとＩＭが悪くなる。

そこで本実施形態では図３〜図４に示すように、後段からＡＴＴの減衰を開始するとともに後段のＡＴＴの減衰量に上限を設けて早めに順次前段側のＡＴＴの減衰量制御に移行している。図５は、この時の入力レベルとＮＦならびにＩＭの関係を示したグラフである。このように本実施形態によれば、ＮＦの劣化をぎりぎりまで抑制するとともに、ＩＭを抑えることが可能である。

各ＡＴＴ（２ａ，２ｂ，２ｃ）に対する制御値が求まると、次に、これを温度補正して各Ｄ／Ａコンバータ（４ａ，４ｂ，４ｃ）に出力する。この温度補正は、図６に示されているように、制御値を温度センサ８で得られた温度によりその傾きが補正されたＤ／Ａ制御量対減衰量の関係に従って補償する。ＰＩＮダイオードを用いたπ型ＡＴＴでは、このように温度によって一次傾斜で変化する場合が多い。ＣＰＵ７は、温度に応じてあらかじめ決められた係数をＤ／Ａ制御値に乗算することにより同一制御値に対するＡＴＴ減衰量を一定にする。大抵は、一次傾斜の温度カーブであるため容易に補正できるが、仮に一次傾斜でないとしてもあらかじめ近似式で補正することは可能である。

次に、本実施形態の受信レベルモニタの動作について説明する。

いままで説明したように本発明のＡＧＣ制御方式では、ＣＰＵ７は、検波器５で検波されたＩＦの検波電圧に応じて増減するトータルのＤ／Ａ制御値には演算を加えていないが、各ＡＴＴを温度によって減衰量補正し、どの温度でもＡＴＴの絶対量が一定になるようにするので、結局トータルのＤ／Ａ制御値は温度に依存しない値になる。本実施形態では、このトータルのＤ／Ａ制御値を用いて受信レベルモニタ値を算出する。

図７に示すように、π型ＡＴＴの減衰量と制御電圧の関係はほぼ直線になるので、Ｄ／Ａ制御値を用いると精度のよい受信モニタが得られる。さらに図８に示すように、あらかじめ受信レベルとＤ／Ａ制御値の関係を測定してテーブルに格納しておく。このテーブルは受信機の検査／調整時に個別に測定しておくことにより一層精度を高められる。また、ＣＰＵ７にあらかじめ測定ルーチンを組み込んでおけば、外部より基準信号を入力するだけでテーブルの校正が可能である。

このようにして作成したテーブルをもとにしてＣＰＵ７では、テーブルの直線補間処理を行うことによって受信レベルモニタ値の精度を上げることも可能となる。図９〜図１０は、テーブルの直線補間処理による受信レベルモニタ値算出の例を示しており、例えば変換テーブル上では、Ｄ／Ａ制御値が１２０，２４０のときの受信レベルとしてそれぞれ−９０ｄＢｍ，−８０ｄＢｍが記憶されている場合、Ｄ／Ａコンバータから入力されたデジタル値に相当するＤ／Ａ制御値が１６０のときには、直線補間処理を行うことにより受信レベルとして−８５ｄＢｍを求めることができる。

以上の仕組みにより−１００ｄＢｍから−２０ｄＢｍといった広いダイナミックレンジで誤差が０．２ｄＢといった高精度の受信レベルモニタが構築可能である。

なお上記実施形態では、検波電圧が受信周波数帯に関係なく一定である場合について説明したが、受信周波数によって検波レベルが変動する場合には、ＣＰＵ７で、周波数によって受信レベルモニタ値にオフセットを加えるようにすれば、周波数が変化しても精度のよい受信レベルモニタを構築することが可能になる。

また、変調波の種類や伝送レートの違いにより検波電圧に誤差がでることを防止するため、ＣＰＵ７に設定されているＡＧＣ基準の基準値を、変調波の種類や伝送レート応じて変化させることにより、さらに精度を向上させることができる。

本発明の受信レベルモニタ機能付ＡＧＣ回路の実施形態を示すブロック図である。 ＣＰＵ７のＡＧＣ動作を示すフローチャートである。 各ＡＴＴに対するＤ／Ａ制御値の割り振りの例を示す図である。 各ＡＴＴの減衰制御動作を示す図である。 本実施形態における入力レベルとＮＦならびにＩＭの関係を示すグラフである。 本実施形態における温度補正の関係を示す図である。 π型ＡＴＴの減衰量と制御電圧の関係を示す図である。 受信レベルとＤ／Ａ制御値の関係を格納した変換テーブルの一例を示す図である。 テーブルの直線補間処理による受信レベルモニタ値算出動作を示すフローチャートである。 テーブルの直線補間処理による受信レベルモニタ値算出を示す図である。 従来例を示すブロック図である。 検波器の、入力レベルに対する検波出力電圧特性を示す図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ ＲＦ増幅器
１ｃ，１ｄ ＩＦ増幅器
２ａ，２ｂ，２ｃ ＡＴＴ（可変減衰器）
３ ミキサ
４ａ，４ｂ，４ｃ Ｄ／Ａコンバータ
５ 検波器
６ Ａ／Ｄコンバータ
７ ＣＰＵ
８ 温度センサ

Claims (6)

1. 受信高周波（ＲＦ）信号を増幅するＲＦ増幅段と、該ＲＦ信号を中間周波（ＩＦ）信号に変換するミキサと、該変換されたＩＦ信号を増幅するＩＦ増幅段と、該増幅されたＩＦ信号を検波する検波器と、前記ＲＦ増幅段および前記ＩＦ増幅段にそれぞれ接続され、前記検波器の検波出力から得られた制御電圧によりその減衰量が制御される複数の電圧可変減衰器（ＡＴＴ）とを有する受信機において、
   前記検波出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、
   該変換されたデジタル信号を入力して前記検波出力が一定となるように制御するための制御値を求める手段と、該求められた制御値から受信レベルを算出して受信レベルモニタ値を出力する手段と、前記求められた制御値を前記複数のＡＴＴに割り振る手段とを有するＣＰＵと、
   前記ＣＰＵで割り振られた前記制御値を入力し、前記ＡＴＴの減衰量を制御するためのアナログ制御電圧に変換して対応する前記ＡＴＴに供給する複数のＤ／Ａコンバータと、
   を備えていることを特徴とする受信レベルモニタ機能付ＡＧＣ回路。
2. 前記制御値を求める手段は、前記Ａ／Ｄコンバータから入力された検波電圧値を予め設定した基準電圧値と比較する手段と、該比較手段による比較の結果、前記検波電圧値が前記基準電圧値よりも大きいときには現在の制御値に所定値を加算し、前記検波電圧値が前記基準電圧値よりも小さいときには現在の制御値から前記所定値を減算する手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の受信レベルモニタ機能付ＡＧＣ回路。
3. 前記制御値を受信レベルに変換する受信レベル変換テーブルを備え、前記受信レベルモニタ値を出力する手段は、前記受信レベル変換テーブルを参照することにより、前記求められた制御値に対応する受信レベルを算出するとともに、前記受信レベル変換テーブル対応する前記制御値が存在しない場合には前記受信レベル変換テーブルから補間処理によって対応する受信レベルを求める手段からなることを特徴とする請求項１に記載の受信レベルモニタ機能付ＡＧＣ回路。
4. 前記複数のＡＴＴに供給する制御電圧値にはその最前段のＡＴＴに供給する制御電圧値を除いてそれぞれ上限値が設定され、前記複数のＡＴＴに供給する制御電圧値を算出する手段は、前記複数のＡＴＴが予め決められた順序で制御されるようにそれぞれのＡＴＴに供給する制御電圧値を算出することを特徴とする請求項１に記載の受信レベルモニタ機能付ＡＧＣ回路。
5. 前記ＣＰＵは、前記受信レベルモニタ値に対して、受信周波数帯に応じて予め設定したオフセットを加えて出力する手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の受信レベルモニタ機能付ＡＧＣ回路。
6. 前記ＣＰＵは、受信変調波の種類、または受信伝送レートの違いに応じて前記ＣＰＵに設定する基準電圧値を変化させる手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の受信レベルモニタ機能付ＡＧＣ回路。
   

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