JP2005176186A - 無線受信装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 既知信号区間を先頭部分に含む信号フォーマットを有する移動体通信システムにおいて、AGC処理に起因する受信エラーの発生を防止した無線受信装置を提供する。
【解決手段】 AGC処理部9は、受信した各フレームのバースト信号を受信しながらその受信電力レベルを測定して、可変利得増幅器4の利得調整を行なう。A/D変換器6からのデジタル信号は、従来の無線受信装置とは異なり、FIRフィルタ7を経由せず、直接AGC処理部9に入力される。これにより、AGC処理部9は、入力タイミングにFIRフィルタ7による遅延が含まれず、各フレームの先頭部分から適切な振幅値に調整でき、AGC処理に起因する受信エラーの発生を抑えることができる。
【選択図】 図1

Description

この発明は、無線受信装置に関し、より特定的には、移動体通信システムにおいて、例えばその基地局に用いられる無線受信装置に関する。
無線受信装置においては、伝搬途上で大きく減衰を受けた受信信号のレベルを所望のレベルに収束させるための自動利得制御(Automatic Gain Control:AGC)が広く採用されている(例えば、特許文献1参照)。
図3は、AGCが採用された従来の無線受信装置の一例として、例えばPHS(Personal Handyphone System)のような移動体通信システム(その基地局または移動局)に用いられる無線受信装置の構成を示す機能ブロック図である。
図3を参照して、無線受信装置は、アンテナ1と、低雑音増幅器(以下、「LNA(Low Noise Amplifier)とも称する)2と、受信ミキサ3と、可変利得増幅器4と、IFミキサ5と、アナログ/デジタル(A/D)変換器6と、FIR(Finite Impulse Response)フィルタ7と、復調部8と、ベースバンド部11とを備える。
アンテナ1で受信されたPHSの各フレームのバースト信号は、LNA2で低雑音増幅されて受信ミキサ3へ出力される。受信ミキサ3は、LNA2から受ける信号を図示しない局部発振回路から受ける局部発振信号と混合し、所定の周波数帯のアナログ受信信号に周波数変換される。
このアナログ受信信号は、可変利得増幅器4によって増幅される。無線受信装置は、この可変利得増幅器4の利得を制御する部位として、AGC処理部9と、帰還部12と、デジタル/アナログ(D/A)変換器13とをさらに備える。
可変利得増幅器4で増幅されたアナログ受信信号は、IFミキサ5に与えられ、RFより周波数の低い中間周波数(IF)のアナログ受信信号に変換される。さらに、アナログ受信信号は、A/D変換器6によってデジタル信号に変換される。デジタル信号は、帯域制限のためにFIR(Finite Impulse Response)フィルタ7に与えられる。
FIRフィルタ7の出力は、復調部8に与えられるとともに、AGC処理部9に与えられる。なお、復調部8およびAGC処理部9の機能は、ディジタル・シグナル・プロセッサ(DSP)10を用いてソフトウェアで実現される。
復調部8は、FIRフィルタ7の出力信号に、所定の変調方式(例えば、π/4QPSK(Quadrature Phase Shift Keying))方式に応じた復調処理を施す。さらに、復調部8の出力は、ベースバンド部11に与えられて所定の信号処理(例えば、同期処理、伝搬路推定、アダプティブアレイのウェイト推定など)が施される。
AGC処理部9は、与えられたFIRフィルタ7のデジタル出力を監視し、当該フレームにおけるアナログ受信信号の電力レベルが所定のレベルに収束するように、可変利得増幅器4の可変利得を調整する制御出力を発生して、可変利得増幅器4の利得制御入力に与える。
詳細には、図3に示すように、AGC処理部9の制御出力は、帰還部12を経由した後、D/A変換器13によってアナログの制御信号に変換される。このアナログ制御信号に応答して、可変利得増幅器4の利得が調整される。
特開2003−158557号公報
このように、従来の無線受信装置では、AGC処理部9は、受信した各フレームのバースト信号をFIRフィルタ7を経由して受信しながらその受信電力レベル情報を測定し、可変利得増幅器4の利得調整に用いている。なお、各フレームにおいて、上述のAGC動作によってアナログ受信信号レベルを所定のレベルに収束させるためには、通常、各フレームの開始時点から数シンボル程度の時間を要する。例えばPHSのような移動体通信システムでは、この時間は5シンボル程度とされる。
例えばPHSの信号フォーマットでは、各フレームの先頭部分には、バースト信号の立上りの過渡状態に対応するバースト過渡応答期間(R)に続いて、プリアンブル(PR)、ユニークワード(UW)などの既知の信号区間があり、この区間の既知の信号を用いて前述の種々の信号処理が実行される。
このため、AGC動作は、この既知の信号区間が開始する時点において完了していることが必要である。この理由を説明するために、AGC動作に要する時間が既知の信号区間の一部にまで及んだ場合を考える。
先述のAGC動作に要する時間の間に、可変利得増幅器4の出力をA/D変換器6によってデジタル変換することによって得られる各フレームのデジタル信号の先頭の数シンボルは、不正な振幅値となることがある。したがって、この時間が既知の信号区間の一部に及ぶと、当該一部の信号区間には振幅値の不正なデジタル信号が含まれることになる。デジタル信号の振幅値が不適切であれば、シンボル点を正しく認識できないため、上記の信号処理において受信エラーが生じてしまう。よって、この受信エラーを回避するためには、AGC動作は、既知の信号区間の開始時点で完了していなければならない。
ここで、図3のFIRフィルタ7は、図示は省略するが、フィルタ特性を表わすタップ係数のそれぞれに対応する複数段の遅延素子を含む。このため、可変利得増幅器4が受信信号を受けるタイミングと、AGC処理部9がFIRフィルタ7を介して受信信号を受けるタイミングとの間には、所定の時間量の遅延が生じる。この遅延量は、例えばPHSにおける無線受信装置において、通常2シンボル程度とされる。
したがって、AGC動作は、このFIRフィルタ7の遅延量に相当する時間をさらに必要とすることとなり、受信信号の先頭部分において、先述の不適切な振幅値による受信エラーを招く要因となる。
しかしながら、既知の信号区間の一部の区間において振幅値が不正なデジタル信号が含まれている場合であっても、変調方式として周知のπ/4QPSK方式が採用されているときには、信号処理時に受信エラーは発生する頻度は比較的低い。
なぜなら、この方式ではデジタル信号の位相成分のみに基づいて判定するため、デジタル信号の振幅値が不適切であったとしても、シンボル点が正しく認識され、後段の信号処理に受信エラーが生じる可能性が低いからである。
ところで、最近の移動体通信システムでは、データ通信のように、従来の音声通信に比べて高品質、大容量の伝送が求められており、π/4QPSK方式に比べてより多値の変調方式の適用が検討されている。
多値変調方式の一例として、周知の16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)方式が既にある種のデータ通信で実用化されている。この16QAM方式では、受信信号のシンボル点は、IQ座標平面上で各象限ごとに4個格子形に配置された、座標平面全体で合計16個の信号点のいずれかに対応している。すなわち、この方式では、デジタル信号の位相成分および振幅成分の双方に基づいてシンボル点の判定が行なわれる。
このため、PHSの変調方式としてこの16QAM方式を採用した場合、デジタル信号の振幅値が不適切であれば、ベースバンド部において、あるシンボル点が同一位相で振幅値の異なる別のシンボル点と誤って認識されることとなり、後段の信号処理において受信エラーが生じることになる。
さらに、PHSのような移動体通信システムでは、伝送データ容量を確保するため、既知の信号区間は信号フォーマットの規格によって、各フレーム先頭の数シンボルの短い区間に限定されているため、16QAM方式のような多値変調方式を採用した場合、既知信号区間内の大きな区間で振幅値が不正となり、デジタル信号処理時に受信エラーが生じてしまうという問題があった。
それゆえ、この発明の目的は、限られた既知信号区間を含む信号フォーマットを有する移動体通信システムにおいて、AGC処理に起因する受信エラーの発生を防止した無線受信装置を提供することである。
この発明のある局面によれば、既知の信号区間を先頭部分に有する信号系列からなる受信信号を処理する無線受信装置であって、アナログの受信信号を可変利得で増幅する増幅手段と、増幅されたアナログの受信信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換手段と、デジタル信号を帯域制限するフィルタ手段と、帯域制限されたデジタル信号に所定の信号処理を施す信号処理手段と、入力がアナログ/デジタル変換手段の出力に結合され、増幅手段において増幅された受信信号のレベルが所定のレベルに収束するようにデジタル信号を監視し、可変利得を制御する制御出力を発生して増幅手段の利得制御入力に与える利得制御手段とを備える。
この発明の別の局面によれば、既知の信号区間を先頭部分に有する信号系列からなる受信信号を処理する無線受信装置であって、アナログの受信信号を可変利得で増幅する増幅手段と、増幅されたアナログの受信信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換手段と、デジタル信号を帯域制限するフィルタ手段と、帯域制限されたデジタル信号に所定の信号処理を施す信号処理手段と、増幅手段において増幅された受信信号のレベルが所定のレベルに収束するようにデジタル信号を監視し、可変利得を制御する制御出力を発生して増幅手段の利得制御入力に与える利得制御手段と、アナログ/デジタル変換手段およびフィルタ手段のうちのいずれか一方の出力と、利得制御手段の入力とを選択的に結合するスイッチ手段と、スイッチ手段における結合動作のタイミングを指示する制御信号の発生手段とを備える。制御信号の発生手段は、受信信号の開始時点を起算点として、シンボル点を計数する計数手段を含み、計数手段の計数値が所定の値に満たないことを検出して、第1の論理の制御信号を発生し、計数値が所定の値に達したことを検出して、第2の論理の制御信号を発生する。スイッチ手段は、第1の論理の制御信号に応答して、アナログ/デジタル変換手段の出力と利得制御手段の入力とを結合し、第2の論理の制御信号に応答して、フィルタ手段の出力と利得制御手段の入力とを結合する。
好ましくは、所定の値は、利得制御手段が受信信号の先頭部分における可変利得の制御を終了するまでの信号区間長に相当する。
以上のように、この発明によれば、AGC処理を高速化でき、AGC処理時間に起因する受信エラーの発生を防止して通話品質を高めることができる。
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による、例えばPHSのような移動体通信システムの基地局に適用される無線受信装置の構成を示す機能ブロック図である。
図1に示した無線受信装置は、図3に示した従来の無線受信装置と以下の部分を除いて同じである。すなわち、A/D変換器6の出力するデジタル信号は、FIRフィルタ7を介さずに直接AGC処理部9に入力される。
一方、復調部8に対しては、従来の無線受信装置と同様に、FIRフィルタ7を経て帯域制限されたデジタル信号が入力される。
このような構成とすることにより、AGC処理部9にデジタル信号が入力されるタイミングは、FIRフィルタ7による遅延を含まず、受信アンプ4の入力タイミングとほぼ同じとなる。したがって、AGC処理部9は、得られた受信信号の電力レベルに基づいて、可変利得増幅器4の利得をリアルタイムで制御することができ、従来の無線受信装置と比較してAGC処理の高速化が図られる。
この結果、受信信号は、各フレームの先頭部分から適切な振幅値に調整されることになり、既知の信号区間に不正な振幅値が生じることによる受信エラーの発生を抑えることができる。これは、特に、既知の信号区間の区間長が制限される移動体通信システムにおいて有効である。
以上のように、この発明の実施の形態1によれば、AGC処理が高速化されることにより、AGC処理に起因する受信エラーの発生を防止し、通話品質を高めることができる。
[実施の形態2]
図2は、この発明の実施の形態2による無線受信装置の構成を示す機能ブロック図である。
図2を参照して、無線受信装置は、図1に示した実施の形態1に係る無線受信装置と以下の部分を除いて同じである。すなわち、本実施の形態に係る無線受信装置は、A/D変換器6とAGC処理部9との間に配置されるスイッチ回路14と、スイッチ回路14のスイッチング動作を制御する制御信号を発生するタイミング生成部15とをさらに備える。
スイッチ回路14は、タイミング生成部15の発生する制御信号に応答して、AGC処理部9の入力をA/D変換器6の出力およびFIRフィルタ7の出力のいずれか一方に選択的に結合させる。
なお、FIRフィルタ7は、図2に示すように、並列する2つの出力を有し、第1の出力は、DSP10内の復調部8に接続され、第2の出力は、スイッチ回路14に接続される。
スイッチ回路14において、AGC処理部9の入力とA/D変換器6の出力とが結合されるときには、デジタル信号が直接AGC処理部9に伝達される。このとき、AGC処理部9に入力されるデジタル信号には、実施の形態1と同様に、FIRフィルタ7による遅延量が含まれない。
一方、AGC処理部9の入力とFIRフィルタ7の出力とが結合されるときには、デジタル信号は、帯域制限された後に、AGC処理部9に与えられる。このとき、AGC処理部9に入力されるデジタル信号は、FIRフィルタ7による遅延量が含まれる。
タイミング生成部15は、ベースバンド部11に配され、基準クロックをカウントソースとしてカウント動作を行なう。カウント値が所定の設定値に達したタイミングに応じて制御信号を出力し、スイッチ回路14の結合状態を切替える。
詳細には、各フレームの先頭を起算点とし、基準クロックに応じてシンボル点をカウントする。カウント値がAGC処理に必要とされる信号区間長(例えば5シンボル)に至るまでは、タイミング生成部11は、第1の論理状態の制御信号を出力する。スイッチ回路14は、この第1の論理状態の制御信号に応答して、A/D変換器6の出力とAGC処理部9の入力とを選択的に結合する。これにより、A/D変換器6からのデジタル信号は、直接AGC処理部9に入力され、FIRフィルタ7による遅延の影響を受けることなく、高速にAGC処理が施される。
さらに、カウント値が上記の信号区間長に達すると、タイミング生成部15は、第2の論理状態の制御信号を出力する。スイッチ回路14は、この第2の論理状態の制御信号に応答して、FIRフィルタ7の出力とAGC処理部9の入力とを結合する。これにより、A/D変換器6からのデジタル信号は、FIRフィルタ7で帯域制限されてAGC処理部9に入力される。
なお、このタイミングでは、受信信号の各フレームの開始直後における利得制御が終了し、受信信号は、振幅値が安定した定常状態にある。定常状態では、受信信号の変動は小さく、可変利得増幅器4の利得制御量の変化も小さい。そのため、FIRフィルタ7による遅延の影響は少ないと判断できる。
以上のように、この発明の実施の形態2によれば、受信信号の各フレームの先頭部分はリアルタイムに利得制御されることから、AGC処理における不適切な振幅値に起因する受信エラーの発生を防止し、通話品質を高めることができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
この発明の実施の形態1による無線受信装置の構成を示す機能ブロック図である。 この発明の実施の形態2による無線受信装置の構成を示す機能ブロック図である。 従来の無線受信装置の構成を示す機能ブロック図である。
符号の説明
1 アンテナ、2 LNA、3 受信ミキサ、4 可変利得増幅器、5 IFミキサ、6 A/D変換器、7 FIRフィルタ、8 復調部、9 AGC処理部、10 DSP、11 ベースバンド部、12 帰還部、13 D/A変換器、14 スイッチ回路、15 タイミング生成部。

Claims (3)

  1. 既知の信号区間を先頭部分に有する信号系列からなる受信信号を処理する無線受信装置であって、
    アナログの前記受信信号を可変利得で増幅する増幅手段と、
    前記増幅されたアナログの受信信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換手段と、
    前記デジタル信号を帯域制限するフィルタ手段と、
    前記帯域制限されたデジタル信号に所定の信号処理を施す信号処理手段と、
    入力が前記アナログ/デジタル変換手段の出力に結合され、前記増幅手段において増幅された受信信号のレベルが所定のレベルに収束するように前記デジタル信号を監視し、前記可変利得を制御する制御出力を発生して前記増幅手段の利得制御入力に与える利得制御手段とを備える、無線受信装置。
  2. 既知の信号区間を先頭部分に有する信号系列からなる受信信号を処理する無線受信装置であって、
    アナログの前記受信信号を可変利得で増幅する増幅手段と、
    前記増幅されたアナログの受信信号をデジタル信号に変換するアナログ/デジタル変換手段と、
    前記デジタル信号を帯域制限するフィルタ手段と、
    前記帯域制限されたデジタル信号に所定の信号処理を施す信号処理手段と、
    前記増幅手段において増幅された受信信号のレベルが所定のレベルに収束するように前記デジタル信号を監視し、前記可変利得を制御する制御出力を発生して前記増幅手段の利得制御入力に与える利得制御手段と、
    前記アナログ/デジタル変換手段および前記フィルタ手段のうちのいずれか一方の出力と、前記利得制御手段の入力とを選択的に結合するスイッチ手段と、
    前記スイッチ手段における結合動作のタイミングを指示する制御信号の発生手段とを備え、
    前記制御信号の発生手段は、
    前記受信信号の開始時点を起算点として、シンボル点を計数する計数手段を含み、
    前記計数手段の計数値が所定の値に満たないことを検出して、第1の論理の前記制御信号を発生し、前記計数値が前記所定の値に達したことを検出して、第2の論理の前記制御信号を発生し、
    前記スイッチ手段は、
    前記第1の論理の制御信号に応答して、前記アナログ/デジタル変換手段の出力と前記利得制御手段の入力とを結合し、前記第2の論理の制御信号に応答して、前記フィルタ手段の出力と前記利得制御手段の入力とを結合する、無線受信装置。
  3. 前記所定の値は、前記利得制御手段が前記受信信号の先頭部分における前記可変利得の制御を終了するまでの信号区間長に相当する、請求項2に記載の無線受信装置。
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