JP2005530385A - Ａｄｇｃ方法及びシステム - Google Patents

Abstract

ＡＧＤＣデバイス３０は、閉ループＡＧＣ回路の性質に関連する要件を回避し、残りの要件をそれほどの困難を伴わずに満たすものであって、ＡＧＤＣデバイス３０において、対数回路３４を使用して、ベースバンドの入力アナログ信号が圧縮され、有効なＡＤＣビット数を増大させるアナログデジタル変換方法が使用される。この圧縮されたアナログ信号がデジタル信号に変換された後に、デジタルアンチログ処理またはＬＵＴ４２を使用してこのデジタル信号を伸張して元のリニアスケールに戻す。アンチログ処理の出力のワードサイズは、アンチログ関数の性質によってその入力ワードサイズよりも大きい。デジタル信号のワードサイズを小さくするため、開ループ正規化技法を適用することができる。

Description

本発明は、ワイヤレス通信の分野に関する。特に、本発明は、ＡＤＧＣ（all digital gain control）アーキテクチャに関する。

ほとんどのワイヤレス通信システムにおいては、有用な情報を一連のデジタル処理によってリカバーするため、レシーバにおいて、ベースバンド信号がアナログフォーマットからデジタルフォーマットへ変換される。この変換を行う装置としては通常のＡＤＣ（analog-to-digital converter）がある。ＡＤＣの最も重要な仕様の１つが、出力ビット数である。一般に、このＡＤＣの有する出力ビット数が多くなればなるほど、このＡＤＣのサポートすることができる入力信号のダイナミックレンジが大きくなる。しかし、このようにすると、ＡＤＣがより高価になり、同様に、他のレシーバコンポーネントも高価になってしまう。出力ビット数が所定のものである場合において、仮にこの入力信号パワーがあまりにも大きすぎる場合には、このＡＤＣの出力が飽サムしてしまうこともある。他方、仮にこの入力信号パワーが小さすぎる場合には、この入力信号の量子化が極度に行われることになる。これらいずれの場合においても、このレシーバでリカバーすべき情報が失われることもある。この問題を解決するための一般的なアプローチは、このＡＤＣの前段に、ダイナミックに調整可能なゲイン増幅器を設けることであり、これにより、このＡＤＣの入力信号を所望のレベルに維持することができる。典型的には、この調整可能なゲインは閉ループメカニズムを用いて制御される。この閉ループメカニズムは、図１に示すが、ＡＧＣ（automatic gain control）とも呼ばれる。

ＡＧＣの使用に際しては、実際には、いくつかの要件を考慮する必要がある。ＡＧＣは、チャネル損失変動を補償できるだけの速さがあればよいが、信号包絡線を歪ませないだけの速さが必要である。ＡＧＣは、（このデローテーションループ（de-rotation loop）が過負荷にならないようにするため）このレディオ（radio）の挿入フェーズ（insertion phase）を変更しないほうがよい。ＡＧＣは、線形応答（ｄＢ／ボルト）したほうがよい。ＡＧＣは閉ループの制御システムであるから、安定性と、セトリング時間と、オーバシュートとに対する懸念があり、同様に、考慮すべき他の設計上の課題がある。ＡＧＣは、モデムとの間にコントロールラインを必要とし、しばしばＤＡＣ（digital-to-analog converter）を追加する必要がある。ＴＤＤ（time division duplex）モードとＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）モードとにおいては、ＡＧＣは、受信パワーが今までになく大きくなったとき、レディオゲイン（radio gain）を非常に高速に再調整する必要がある。ＡＧＣでは、ゲイン制御を有する特定のレディオアーキテクチャが必要であるから、コストとパワー消費が増加する。特に大きなジャマー（jammer）が存在する場合には、ＡＧＣにおいては、ＮＦとＩＰ３との間に設計上のトレードオフも存在する。ＩＰ３は３次インターセプトポイントである。ＮＦはノイズ指数である。ダウンコンバータ（復調器）の前段のゲインが高くなればなるほど、このＮＦはさらに良好（さらに小さく）なるが、このＩＰ３も低下してしまう（これは良くない）。実際には、上記要件の中には要件を満たすには困難なものもある。トレードオフが必要であるが、そうするとシステムレベルの性能が欠けてしまうことになる。

本発明によれば、ベースバンドの入力アナログ信号が圧縮され、対数技法が採用され、この圧縮された信号がデジタルフォーマットに変換され、得られたデジタル信号が、アンチログ技法を用いて、元のリニアスケールに伸張され、これにより、現行技術の問題が解消される。この伸張されたデジタル信号のワードサイズは、正規化技法により小さくすることができる。

図１は、Ｉ信号およびＱ信号のアナログ入力がそれぞれ増幅器１２および１４に印加される従来技術の閉ループＡＧＣ回路１０を示すものである。これらの出力は、図１に（例えば、６ビット）ＡＤＣ（analog-to-digital converter）として示されているＡＤＣ１６、１８により、アナログデジタル変換され、それぞれ、１６ａおよび１８ａから、Ｉ出力およびＱ出力が供給される。

これらＡＤＣ１６、１８の出力を、回路２０に供給し、Ｉ^２＋Ｑ^２のサム（sum）を取得し、ついで、このサムを、比較回路２２において基準レベルと比較する。比較回路２２の出力は、アキュムレータ２４を介して、ＤＡＣ（digital-to-analog converter）２６に供給され、それぞれゲイン制御増幅器１２、１４のゲイン制御入力端子１２ｂ、１４ｂに供給される。

本発明に係るＡＤＧＣ（all digital gain control）デバイス３０によれば、上述した閉ループＡＧＣ回路の性質に関連する要件の幾つかを必要とせず、しかもそれほど困難をともなわずに残りの要件が満たされる。本発明では、アナログ圧縮器例えば対数回路を用いてこのベースバンド入力アナログ信号を圧縮することにより有効なＡＤＣビット数を増大させるアナログデジタル変換方法を採用している。このアナログ圧縮器は、そのゲインがこの入力信号に逆比例する非線形デバイスである。このため、このアナログ入力信号のダイナミックレンジが増大する。

この圧縮されたアナログ信号がデジタル信号に変換された後においては、このデジタル信号を元のリニアスケールに伸張するため、デジタル伸張器、例えばアンチログ処理またはＬＵＴ（look-up table）が使用される。このデジタル伸張器は、そのゲインがその入力信号に比例する非線形デバイスである。この伸張器の出力のワードサイズは、ほとんどの伸張器の機能の性質によってその入力ワードサイズよりも大きくなることもある。このレシーバをリセットするためのデジタル信号のワードサイズを小さくするため、正規化メカニズムを適用することができる。この正規化メカニズムは、開ループか、又は閉ループの自動レベル制御ブロック、とすることができる。

図２は本発明に係るＡＤＧＣデバイス３０のブロック図を示す。このＡＤＧＣデバイス３０は、ログアンプ３２、３４を使用してこのＩ信号およびＱ信号の対数増幅を行い、これらの信号は、（例えば、６ビット）ＡＤＣ３６、３８に渡され、その後、アンチログＬＵＴ４０、４２に渡され、このデジタル信号が伸張され、その後、それぞれ補間器として使用されるローパスフィルタ（例えば、ＲＲＣ（root-raised cosine）ＩＩＲ（infinite impulse response）フィルタ（ＲＲＣ＋ＩＩＲ）フィルタ）４４、４６に渡される。

フィルタ４４、４６の出力は、Ｉ^２およびＱ^２のサムの平方根を決定する回路４８に供給される。この回路４８の出力は回路５０に供給され、この回路５０においては、ＩチャネルとＱチャネルの両方からのパワー測定値を組み合わせたものの平均値が決定されてはじめて、当該デジタル信号のビット数が低減される。回路５０は、次のようなブロックごとのスキームを用いてパワー測定値を組み合わせたものの平均値を決定するため、式１を用いる。

ここに、ｎはこのブロックサイズであり、ｓ_ｉはこのブロック内の５０の出力のｉ番目のサンプルである。フィルタ４４の出力とフィルタ４６の出力とのタイミングを同期させて、回路４８、５０および５６の機能が正常終了することができるようにするため、フィルタ４４および４６の出力は、ｎ個のサンプルを用いて遅延回路５２および５４によって遅延される。
その結果、サミング回路５８および６０の出力は、それぞれ次のようになる。

ここに、ｋ＝１，…，ｎについてのＩ_ｋおよびＱ_ｋは、それぞれ、回路４４および４６のｎサンプル遅延した出力である。

本発明によれば、７０ｄＢの瞬間ダイナミックレンジを簡単に得ることができる。ＬＮＡをオンまたはオフに切り換えることによって、追加の２０ｄＢから３０ｄＢを取得することができる。このＡＧＤＣデバイス３０では、レディオ（radio）においてゲイン制御は必要でなく、これによりコストおよび簡便性の点で利益がもたらされる。このＡＤＧＣデバイス３０によって大きな瞬間パワー変動を簡単にサポートすることができる。このＡＤＧＣデバイス３０では、高速のダウンリンクおよびパケット伝送のための良好なサポートも提供される。さらに、本発明のＡＤＧＣデバイス３０が開ループであるので、安定性の問題も、セトリング時間も、オーバシュートも存在しない。ＡＤＧＣ３０では、この信号のタイミングについての知識を必要とせず、このことは、ＴＤＤ技法を使用したシステム中のセル探索、コード獲得、および周波数補正モードにおいて非常に重要である。

このＡＤＧＣデバイス３０では、この信号包絡線を歪ませずに非常に高速にフェーディング補償され、高速および／または高データ転送速度に伴う問題を解消できるが、このシステムの挿入位相は変化しない。

アナログ圧縮およびデジタル伸張した結果を図３に示す。図３において階段状の曲線は、このアナログ圧縮器の入力とデジタル伸張器の出力の関係を示す。アナログ圧縮技法およびデジタル伸張技法を使用すれば、小さな信号を、非常に小さな量子化ステップを用いて量子化できることは明らかである。これによって、量子化ノイズが非常に小さくなるため、このレシーバの性能が改善されることになる。

通信システムの性能の改善を観察するため、本発明に係るＡＤＧＣデバイス３０と、慣用のＡＧＣ回路との比較が、理想的なマルチユーザ検出器と追加のガウシアンホワイトノイズチャネルとを用いたＴＤＤダウンリンクシミュレーションテストベンチを使用して、行われる。このシミュレーションの結果を図４に示す。このテストベンチにおいては、この入力信号は、２０ｄＢのスロットごとに、パワー変動がある。本発明に係るＡＤＧＣデバイス３０は、ブロックエラーレート（ＢＬＥＲ）＝０．０１において、このシステム性能がほぼ２ｄＢだけ改善される、ことが分かる。

従来技術に係る閉ループＡＧＣのブロック図である。 真のログアンプを圧縮器として使用し、アンチログＬＵＴを伸張器として使用したＡＤＧＣのブロック図である。 アナログ圧縮とデジタル伸張の結果を示すグラフである。 ＡＤＧＣと慣用のＡＧＣとを比較することにより通信システム性能の改善を示す図である。

Claims (21)

1. 入力信号を広範囲で高分解能でアナログデジタル変換する装置であって、
   前記入力信号を圧縮するアナログ圧縮器と、
   該アナログ圧縮器により圧縮された信号をデジタル伸張する伸張器であって、前記信号を伸張して元のリニアスケールに戻す伸張器と
   を備えたことを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置において、前記アナログ圧縮器は、対数圧縮器であることを特徴とする装置。
3. 請求項１に記載の装置において、前記伸張器は、アンチログデバイスであることを特徴とする装置。
4. 請求項３に記載の装置において、前記伸張器は、圧縮された信号のアンチログを決定するルックアップテーブルを含むことを特徴とする装置。
5. 請求項３に記載の装置において、前記アナログ圧縮器と前記デジタル伸張器の間に設けたＡＤＣ（analog-to-digital converter）をさらに備えたことを特徴とする装置。
6. 請求項１に記載の装置において、前記デジタル伸張器に結合されて前記デジタル出力のワードサイズを小さくする正規化回路をさらに備えたことを特徴とする装置。
7. 請求項１に記載の装置において、前記入力信号は、ワイヤレス通信を受信するレシーバから獲得されることを特徴とする装置。
8. 請求項１に記載の装置において、前記入力信号を前記アナログ圧縮器に供給するためのワイヤレス通信を受信するレシーバをさらに備えたことを特徴とする装置。
9. 請求項１に記載の装置において、前記入力信号を前記アナログ圧縮器に供給するためのワイヤード通信を受信するレシーバをさらに備えたことを特徴とする装置。
10. 請求項１に記載の装置において、前記入力信号は、ベースバンド信号であることを特徴とする装置。
11. 請求項１に記載の装置において、前記伸張器の出力をフィルタリングするフィルタを有することを特徴とする装置。
12. 請求項１１に記載の装置において、前記フィルタは、ＲＲＣ（root-raised cosine）フィルタであることを特徴とする装置。
13. 請求項１１に記載の装置において、前記フィルタは、ＩＩＲ（infinite impulse response）フィルタであることを特徴とする装置。
14. 入力信号をアナログデジタル変換するため通信システムにおいて採用される方法であって、
    ａ）ベースバンドの入力信号を対数圧縮するステップと、
    ｂ）前記圧縮された信号を対数伸張して元のリニアスケールにするステップと
    を備えたことを特徴とする方法。
15. 請求項１４に記載の方法において、前記伸張を行う前に前記圧縮された信号をデジタルフォーマットに変換するステップをさらに備えたことを特徴とする方法。
16. 請求項１４に記載の方法において、前記伸張されたデジタル信号を正規化するステップをさらに備えたことを特徴とする方法。
17. 請求項１４に記載の方法において、前記入力信号は、ステップ（ａ）において独立に圧縮され、ステップ（ｂ）において独立に伸張されるＩ成分およびＱ成分から構成されることを特徴とする方法。
18. 請求項１７に記載の方法において、前記Ｉ成分およびＱ成分は、ステップ（ａ）の後で、かつステップ（ｂ）を実施する前に、アナログフォーマットからデジタルフォーマットに独立に変換されることを特徴とする方法。
19. 請求項１７に記載の方法において、前記Ｉ信号およびＱ信号は、ステップ（ｂ）の後にフィルタリングされ、正規化されることを特徴とする方法。
20. 請求項１９に記載の方法において、前記フィルタリングするステップは、ＩＩＲフィルタを使用してフィルタリングするステップを含むことを特徴とする方法。
21. 請求項１６に記載の方法において、前記フィルタリングするステップは、ＲＲＣフィルタを使用してフィルタリングするステップを含むことを特徴とする方法。
    

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