JP2006135458A

JP2006135458A - 自動利得調整回路及び自動利得調整方式

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Publication number: JP2006135458A
Application number: JP2004320019A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Nishitani; 嘉彦西谷
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2006-05-25

Abstract

【課題】様々な電波形式や信号形式の受信信号に対応できる自動利得調整回路及び自動利得調整方式を得る。
【解決手段】可変利得増幅器を設け、その増幅利得を制御することによって、後段に接続された、例えばＡ／Ｄ変換器等で取り扱うことが可能な受信信号のダイナミックレンジを確保する。また、受信信号のピークレベル及び搬送波レベルを検出していずれか大きな一方のレベルを選択し、これをＡ／Ｄ変換器の入力フルスケール値等に基づいた基準レベルと比較する。そして、増幅利得の制御が必要な場合には、選択されたピークレベルまたは搬送波レベルのいずれか一方のレベルに基づいて利得制御信号を生成し、これを可変利得増幅器に印加することによって、様々な電波形式や信号形式の受信信号に対応する。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信用の受信機等において、増幅後のレベルが所定の範囲となるように受信信号に対する増幅利得を制御する自動利得調整回路及び自動利得調整方式に関する。

従来、各種の異なる通信方式に対応するためには、それぞれの通信方式毎に異なる専用の通信器材を必要としていたが、近年、同一の通信器材で各種の通信方式に対応することができるソフトウェア無線機が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。ソフトウェア無線機では、内部に設けた汎用のデジタル信号処理部で実行される信号処理ソフトウェアを変更することによって、同一のハードウェアリソースで複数種類の通信方式に対応している。

このようなソフトウェア無線技術を適用した無線通信用の受信機が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この事例では、受信信号に対する増幅や周波数変換等の受信処理を行なう初段部分をアナログ回路で構成し、その後段にＡ／Ｄ変換器及びデジタル信号処理部を設け、各種のソフトウェアを用いた信号処理を施すことによって対象の受信信号を復調するように構成している。

一般に、Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジは、受信信号のレベル変動幅に比較すると相対的に狭い。このため、上記した事例のような構成の場合には、前段のアナログ回路による受信処理において、レベル変動する受信信号に対して自動利得調整を行なう。そして、Ａ／Ｄ変換器の入力を適切なレベルに制御することによって、デジタル信号に変換する際のダイナミックレンジを広げ、受信信号の幅広いレベル変動に対応している。

ここで、受信信号のレベル変動に対して自動利得調整を行なうには、可変利得増幅器が用いられるが、その利得を制御するための信号は、対象とする受信信号の電波形式や信号形式に応じて様々に生成される。例えば、受信信号が搬送波を有する振幅変調波などでは、この受信信号を包絡線検波して得た搬送波レベルに基づいて利得を制御する信号を生成する。また、搬送波が抑圧されたＳＳＢ（ＳｉｎｇｌｅＳｉｄｅＢａｎｄ）波では、受信信号のピーク値に基づいて制御を行なう。

さらに、例えば、バースト波的な受信信号に対しては、この受信信号を包絡線検波した後に、その立ち上がり及び立ち下がり部分に所定のパルスを重畳した信号により利得制御を行なう事例も開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００１−３０８７３０号公報（第６ページ、図１）特開平７−１４２９４８号公報（第４ページ、図１）鶴見、芹澤「マルチモード無線機の展望−ソフトウェア無線技術を中心として」東芝レビュー、株式会社東芝、２００３年、ｖｏｌ．５８、Ｎｏ．１１、Ｐ．４９―５２

ところで、航空機には、取り扱う電波形式や信号形式の異なる各種の通信器材が、限られた設置スペースに多数搭載される。これら搭載用の通信器材に対しては、航空機搭載独特の様々な環境条件に適合することが求められる。中でも、常に小型軽量化が強く望まれるため、従来から種々の手法によって搭載用の通信器材の小型軽量化が図られてきた。前述したソフトウェア無線技術の手法も、複数の器材の通信機能を同一の器材に統合できることから、搭載用の通信器材全体の小型軽量化を図るために適用可能な手法である。上述の特許文献１のように、受信信号を初段部分をアナログ回路で受信処理後、デジタル信号に変換して後段のデジタル信号処理部で各種のソフトウェアにより信号を復調するように構成した受信機では、例えば、航法用信号の受信機能と音声通信信号の受信機能を同一の受信用器材に統合することが可能である。

ここで、このように電波形式や信号形式が異なる各種の信号を同一の通信器材で扱う場合、いずれの方式の受信信号に対しても、これらをデジタル信号に変換する際のダイナミックレンジを確保しなければならない。このためには、Ａ／Ｄ変換器に適正なレベルの受信信号が入力されるように、前段のアナログ回路内に設けられた可変利得増幅器の利得を適切に制御する制御信号を生成する必要がある。

しかしながら、電波形式や信号形式が異なるいずれの受信信号に対しても、瞬時に適正な受信信号レベルを得るように制御信号を生成することは困難であった。すなわち、例えば、受信信号を包絡線検波して得たピークレベルに基づいて制御信号を生成した場合、変調度の大きな信号では変調波によって制御信号が変動するため、復調された信号に歪みが発生することがあり、特に航法用信号の受信に際しては航法計算精度に影響を与えていた。また、例えば、搬送波検波を用いて搬送波のレベルに基づいて制御信号を生成した場合は、連続受信される航法信号に対しては制御信号が生成されるものの、ＳＳＢによる音声通信信号に対しては搬送波が抑圧されているため、制御信号を生成することができなかった。

本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、様々な電波形式や信号形式の受信信号に対応できる自動利得調整回路及び自動利得調整方式を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の自動利得調整回路は、外部から印加される利得制御信号に応じた利得で受信信号を増幅する可変利得増幅器と、この可変利得増幅器により増幅された前記受信信号を包絡線検波して検波信号を出力する包絡線検波部と、この検波信号から前記増幅された受信信号のピークレベルを検出してピークレベル信号を出力するピークレベル検出部と、前記検波信号から前記増幅された受信信号の搬送波レベルを検出して搬送波レベル信号を出力する搬送波レベル検出部と、前記ピークレベル信号または前記搬送波レベル信号のうちレベルの大きないずれか一方のレベル信号を選択するとともに、この選択したいずれか一方のレベル信号が所定の値より大きい場合には、前記選択したいずれか一方のレベル信号に基づいて前記利得制御信号を生成し前記可変利得増幅器に印加する制御信号生成部とを有することを特徴とする。

また、本発明の自動利得調整方式は、外部から印加される利得制御信号に応じた利得で受信信号を増幅し、この増幅された受信信号を包絡線検波して検波信号を生成し、この検波信号から前記受信信号のピークレベル及び搬送波レベルを検出し、これらピークレベル及び搬送波レベルのうちのレベルの大きないずれか一方を選択し、この選択したいずれか一方のレベルが、所定の値より大きい場合には、前記選択したいずれか一方のレベルに基づいて前記受信信号の利得を制御する信号を生成し、この信号を前記利得制御信号として印加することを特徴とする。

本発明によれば、様々な電波形式や信号形式の受信信号に対応できる自動利得調整回路及び自動利得調整方式を得ることができる。

以下に、本発明に係る自動利得調整回路及び自動利得調整方式を実施するための最良の形態について、図１乃至図３を参照して説明する。

図１は、本発明に係る自動利得調整回路の一実施例を示すブロック図である。図１に示すように、この自動利得調整回路１は、可変利得増幅器１１、包絡線検波部１２、ピークレベル検出部１３、搬送波レベル検出部１４、及び制御信号生成部１５から構成されている。

可変利得増幅器１１は、外部から印加される利得制御信号によって増幅利得が変化する増幅器であり、後述する制御信号生成部１５からの利得制御信号に応じた利得で受信信号を増幅して、例えばＡ／Ｄ変換器等の後段の回路、及び包絡線検波部１２に送出する。包絡線検波部１２は、可変利得増幅部１１からの増幅された受信信号を包絡線検波し、その検波信号をピークレベル検出部１３及び搬送波レベル検出部１４に送出する。

この検波信号から、ピークレベル検出部１３は受信信号のピークレベルを検出し、ピークレベル信号として制御信号生成部１５に送出する。一方、搬送波レベル検出部１４は、包絡線検波部１２からの検波信号を受けとって受信信号の搬送波レベルを検出し、搬送波レベル信号として同じく制御信号生成部１５に送出する。制御信号生成部１５は、これらピークレベル信号及び搬送波レベル信号に基づいて利得制御信号を生成し、可変利得増幅器１１に送出する。

ここに、制御信号生成部１５は、選択回路１５１、比較回路１５２、積分回路１５３、及び基準レベル１５４から構成されている。選択回路１５１は、ピークレベル検出部１３からのピークレベル信号、及び搬送波レベル検出部１４からの搬送波レベル信号を受けとって、レベルの大きないずれか一方のレベル信号を選択し比較回路１５２に送出する。

比較回路１５２は、選択回路１５１で選択されたこのレベル信号を基準レベル１５４と比較し、レベル信号が基準レベル１５４より大きい場合はレベル信号を、それ以外は基準レベル１５４を後段の積分回路１５３に送出する。なお、基準レベル１５４には、可変利得増幅器１１の後段に接続された、例えばＡ／Ｄ変換器等が受けとる増幅された受信信号のレベルが適切な範囲となるような値があらかじめ設定される。そして、積分回路１５３では、比較回路１５２からの信号を所定の時定数で積分することによって利得制御信号を生成し、可変利得増幅器１１に送出する。

また、図２は、図１のブロック図に基づいた、本発明に係る自動利得調整回路の一例を示す回路構成図である。この図２において、図1との対応は、次の通りである。すなわち、図1における可変利得増幅器１１には、可変利得増幅器２１が対応する。包絡線検波部１２には、ダイオード２２、抵抗２３、及びコンデンサ２４が対応する。搬送波レベル検出部１４には、非常に長い時定数を持ったローパスフィルタ２６が対応する。選択回路１５１には、ダイオード２５及び２７が対応し、ダイオード２５は、ピークレベル検出部１３を兼ねる。

比較回路１５２及び積分回路１５３には、演算増幅器２９、コンデンサ３０、及び抵抗３１が対応し、基準レベル１５４には、基準電圧源２８が対応する。なお、積分時定数は、ダイオード２５、ダイオード２７、コンデンサ３０、及び抵抗３１により決定される。そして、演算増幅器２９の出力が利得制御信号となって、可変利得増幅器２１に送られる。

次に、前述の図１及び図２、ならびに図３のフローチャートを参照して、上述のように構成された本発明に係る自動利得調整回路の動作を説明する。

図３は、本発明に係る自動利得調整回路の動作を説明するためのフローチャートである。まず、受信信号が可変利得増幅器１１に送られてくると、可変利得増幅器１１は、利得制御信号に対応した利得でこの受信信号をを増幅する。増幅された受信信号は、例えばＡ／Ｄ変換器等、後段の回路に送出されるとともに、包絡線検波部１２に送られる（ＳＴ１）。包絡線検波部１２では、受信信号はダイオード２２で検波されて抵抗２３及びコンデンサ２４で形成される時定数回路により平滑され、搬送波レベルに変調波成分が重畳された検波信号となる。この検波信号は、ピークレベル検出部１３及び搬送波レベル検出部１４に送出される（ＳＴ２）。

ピークレベル検出部１３では、この検波信号を受けとってそのピークレベルを検出する。検出されたピークレベルは、ピークレベル信号として制御信号生成部１５に送られる（ＳＴ３）。また、搬送波レベル検出部１４では、包絡線検波部１２からの検波信号を、非常に長い時定数を持ったローパスフィルタ２６により濾波することで、搬送波レベルを検出する。検出された搬送波レベルは、搬送波レベル信号として、同じく制御信号生成部１５に送られる。

なお、このときの搬送波レベル信号に対しては、基準レベル１５４として設定される基準電圧源２８の電圧値と比較する際に、安定かつ良好な比較を可能とするように、例えば受信信号が搬送波を有する振幅変調波の場合には、次の式（１）を満たすように増幅利得Ａが適用される（ＳＴ４）。

（基準電圧源２８の電圧値）＝（搬送波レベル信号）＊（１＋Ｂ）＊Ａ・・・（１）
ここに、Ｂは最大予定変調指数である。

これらピークレベル信号及び搬送波レベル信号は、制御信号生成部１５に入力されると、まず、選択回路１５１に送られる。選択回路１５１では、２つのダイオード２５及び２７がワイヤードオア接続されており、それぞれのダイオードに入力されたレベル信号のうち、レベルの大きないずれか一方のレベル信号が選択され、比較回路１５２に送られる。ここで、受信信号が、例えば搬送波を有する振幅変調波の場合には、搬送波レベル信号が選択される。また、受信信号が、例えば予定外の変調度を持った振幅変調波や、搬送波が抑圧されたＳＳＢ信号の場合には、搬送波レベル信号が低下してピークレベル信号が大きくなって、ピークレベル信号が選択される。すなわち、受信信号の信号形式に対応して、レベルの大きないずれか一方のレベル信号が選択される（ＳＴ５）。

次に、比較回路１５２では、選択されたレベル信号と、所定のレベル値に対応する基準電圧源２８の電圧値とが比較される。すなわち、選択回路１５１で選択されたレベル信号が演算増幅器２９の反転入力端子に、また、基準電圧源２８が演算増幅器２９の非反転入力端子にそれぞれ接続されることによって、両者が比較される。なお、ここで基準レベルとして基準電圧源２８に設定される値としては、例えば、可変利得増幅器１１の後段にＡ／Ｄ変換器が接続されている場合については、そのＡ／Ｄ変換器の入力フルスケール値の０．８倍程度とするなど、動作環境によって好適な値が設定される（ＳＴ６）。

この比較の結果、選択したレベル信号が基準電圧源２８の電圧値を超えた場合には、選択したレベル信号が後続の積分回路１５３に送られる。そして、積分回路１５３において所定の時定数で積分し緩衝増幅することによって、利得制御信号が生成される（ＳＴ７）。

一方、選択したレベル信号が基準電圧源２８の電圧値を超えない場合には、基準電圧源２８に基づいた基準値が積分回路１５３に送られ、同様に利得制御信号が生成される（ＳＴ８）。

そして、生成された利得制御信号は、制御信号生成部１５内の積分回路１５３から可変利得増幅器１１にフィードバックして印加される。可変利得増幅器１１は、この利得制御信号に対応した利得で受信信号を増幅し後段に送出する（ＳＴ９）。この後、動作の終了が指示されるまで、これら一連の動作が継続される（ＳＴ１０）。

以上説明したように、本実施例においては、可変利得増幅器を設け、その増幅利得を制御することによって、後段に接続された、例えばＡ／Ｄ変換器等で取り扱うことが可能な受信信号のダイナミックレンジを確保している。また、受信信号のピークレベル及び搬送波レベルを検出していずれか大きな一方のレベルを選択し、これをＡ／Ｄ変換器の入力フルスケール値等に基づいた基準レベルと比較している。そして、増幅利得の制御が必要な場合には、選択されたピークレベルまたは搬送波レベルのいずれか一方のレベルに基づいて利得制御信号を生成し、これを可変利得増幅器に印加している。これにより、様々な電波形式や信号形式の受信信号に対応することのできる自動利得調整回路及び自動利得調整方式を得ることができる。

なお、上述した図３のフローチャートにおいては、ピークレベルを検出するＳＴ３のステップを搬送波レベルを検出するＳＴ４のステップに先行させているが、これを入れ替えて、ＳＴ４のステップを先行させても良い。また、この場合にも同様の効果を得ることができる。

本発明に係る自動利得調整回路の一実施例を示すブロック図。本発明に係る自動利得調整回路の一例を示す回路構成図。図１に示した自動利得調整回路の動作を説明するためのフローチャート

符号の説明

１自動利得調整回路
１１、２１可変利得増幅器
１２包絡線検波部
１３ピークレベル検出部
１４搬送波レベル検出部
１５制御信号生成部
１５１選択回路
１５２比較回路
１５３積分回路
１５４基準レベル
２２、２５、２７ダイオード
２３、３１抵抗
２４、３０コンデンサ
２６ローパスフィルタ
２８基準電圧源
２９演算増幅器

Claims

外部から印加される利得制御信号に応じた利得で受信信号を増幅する可変利得増幅器と、
この可変利得増幅器により増幅された前記受信信号を包絡線検波して検波信号を出力する包絡線検波部と、
この検波信号から前記増幅された受信信号のピークレベルを検出してピークレベル信号を出力するピークレベル検出部と、
前記検波信号から前記増幅された受信信号の搬送波レベルを検出して搬送波レベル信号を出力する搬送波レベル検出部と、
前記ピークレベル信号または前記搬送波レベル信号のうちレベルの大きないずれか一方のレベル信号を選択するとともに、この選択したいずれか一方のレベル信号が所定の値より大きい場合には、前記選択したいずれか一方のレベル信号に基づいて前記利得制御信号を生成し前記可変利得増幅器に印加する制御信号生成部とを有することを特徴とする自動利得調整回路。
外部から印加される利得制御信号に応じた利得で受信信号を増幅し、
この増幅された受信信号を包絡線検波して検波信号を生成し、
この検波信号から前記受信信号のピークレベル及び搬送波レベルを検出し、
これらピークレベル及び搬送波レベルのうちのレベルの大きないずれか一方を選択し、
この選択したいずれか一方のレベルが、所定の値より大きい場合には、前記選択したいずれか一方のレベルに基づいて前記受信信号の利得を制御する信号を生成し、
この信号を前記利得制御信号として印加することを特徴とする自動利得調整方式。