JP2007235742A

JP2007235742A - 受信装置

Info

Publication number: JP2007235742A
Application number: JP2006056739A
Authority: JP
Inventors: Akira Sueyoshi; 亮末吉
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2006-03-02
Publication date: 2007-09-13

Abstract

【課題】従来、ダイナミックレンジを優先してローノイズアンプの消費電力を大きくしていたが、受信信号が微弱な場合は、ノイズフィギュアが必ずしも最適とはいえず、装置を複雑化することなしには、良好な増幅信号を得ることができなかった。
【解決手段】本発明にかかる受信装置は、１つのローノイズアンプを用い、受信信号の信号レベルを検出する信号レベル検出部を備え、検出した信号レベルに応じて、ローノイズアンプに供給する電力を制御する。ローノイズアンプの性能が最適となる消費電力は、受信信号の信号レベルの強弱に応じて異なるので、上述の構成を備えることにより、受信装置は、信号レベルに応じて、ローノイズアンプの性能を最適な状態にして信号を増幅することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、携帯電話機や小型情報端末等の無線機に用いられる受信装置に関するものである。

携帯電話機や小型情報端末等の無線通信機に用いられる受信装置は、受信した信号が一定レベルになるように、受信部において受信信号のレベル調整を行っている。この受信部は、LNA（Low Noise Amplifier、ローノイズアンプ）と呼ばれる高周波用の信号増幅器を備えている。LNAの性能が良好であるほど、増幅される信号が高品質になる。
LNAの性能を示す指標としては、ノイズフィギュア（以下「NF」と言う）とダイナミックレンジ（以下「DR」と言う）の２つが広く用いられている。

NFとは、LNAが、微弱な信号をどれだけ正確に増幅することができるかを示す指標である。NFに示されるLNAの性能は、LNAの消費電力の大きさに影響される。LNAによって増幅される受信信号が微弱であるほど、LNAの電力消費によって発生する熱に起因する熱雑音が、増幅信号の品質に与える悪影響が大きくなるからである。
したがって、LNAが微弱な信号を増幅するときは、NFへの悪影響を抑えるために、LNAの消費電力を小さくすることが望ましい。

また、DRとは、LNAが高品質で処理可能な信号のレンジ幅を示す指標である。LNAの出力が大きいほど、すなわちLNAの消費電力が大きいほどDRが良好になる。
したがって、LNAが、レンジ幅の大きい、レベルの強い信号を増幅するときは、DRを良好にするために、LNAの消費電力を大きくすることが望ましい。
しかし、従来の受信装置においては、レベルの強い信号を受信することを見越して、DRを良好にするために、LNAの消費電力を大きくして使用しているので、受信装置が微弱な信号を受信する場合は、消費電力が大きいためNFが最適化されておらず、そのため良好な増幅信号が得られないという問題がある。

この問題を解決するために、下記の特許文献１には、バイアス電流の制御により選択的に動作可能な低ゲインのLNAと高ゲインのLNAとを備え、受信信号のレベルが高いときに低ゲインのLNAを動作させ、受信信号のレベルが低いときに高ゲインのLNAを動作させるようにした受信装置が開示されている（特許文献１参照）。
特許文献１記載の受信装置によると、受信信号のレベルに応じて、ゲインの異なるLNAを用いて信号を増幅するので、受信信号のレベルが大きくても小さくても、良好な増幅信号を得ることができる。
特開２００４−２６６３５６号公報

しかしながら、上述の特許文献１に記載の技術では、良好な増幅信号を得ることはできるが、ゲインの異なる複数のLNAが必要となるので、装置が複雑になり、コスト増などにつながる。また、LNAは、他の回路と比較して消費電力が大きいため、LNAを複数備えることは、省電力化の点からも好ましくはない。
そこで、本発明は、複数のLNAを用いることなく、良好な増幅信号を得ることができる受信装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、無線信号を受信し、受信した信号を増幅する受信装置であって、受信信号の増幅を行うローノイズアンプと、受信信号の信号レベルを検出する信号レベル検出部と、検出された信号レベルに応じて、前記ローノイズアンプに供給する電力を制御する出力制御部とを備える。

上述の構成を備える受信装置は、受信信号の信号レベルが変化した場合に、変化した信号レベルに応じて、LNAに供給する電力を制御する。LNAの性能が最適となる消費電力は、受信信号が微弱な信号であるか、レベルの強い信号であるかに応じて定まるので、本発明にかかる受信装置は、従来の、LNAに供給する電力の制御を行わずDRのみを良好にしている受信装置と比べて、NFの改善を反映させた良好な増幅信号を得ることができる。

また、上述したように、LNAが微弱な信号を増幅する場合においては、熱雑音によるNFへの悪影響が大きくなる。
そこで、前記出力制御部は、検出された信号レベルが所定レベル以下の場合には、所定電力以下の電力を供給するよう前記制御を行うこととしてもよい。
これにより、所定レベル以下の信号、例えば微弱な信号を受信したときは、LNAの消費電力を小さくすることでNFを最適化することができる。

さらに、NFを最適化するためにLNAに供給する電力を小さくするので、従来と比べて、微弱信号受信時においては、受信装置の省電力化を図ることができる。
特に、携帯電話機等の移動通信機器においては、機器の小型化等の要請により、機器に備えることができる電源容量を大きくすることが困難であり、また、機器の実運用状態においては、信号レベルが小さい弱電解時の場合が多いため、省電力化がもたらす機器の稼働時間の長期化等の効果は大きい。

また、前記受信装置は、さらに、前記ローノイズアンプの温度を測定する温度測定部を備え、前記出力制御部は、検出された信号レベルに応じて前記ローノイズアンプに供給する電力を、前記測定された温度に応じて補正することとしてもよい。
上述の構成を備える受信装置は、受信信号の信号レベルに加えて、LNAの温度に応じて、LNAの消費電力を制御する。

したがって、LNAにおいて発生する熱雑音が及ぼすNFへの悪影響の度合いを、LNAの消費電力の制御に反映させることができる。

＜実施の形態＞
以下、本発明にかかる受信装置の実施の一形態について、図面を用いて説明する。
＜概要＞
受信装置は、例えば携帯電話機や基地局などの信号受信部において用いられる。
受信装置は、受信信号の信号レベルを逐次検出し、検出結果に応じてローノイズアンプに供給する供給電圧を制御し、これにより、ローノイズアンプの消費電力を制御する。

すなわち、受信信号の信号レベルの変化に対応して、ローノイズアンプの消費電力をフィードバック制御により制御する。
以下、受信装置の具体的な構成について、説明する。
＜構成＞
図１は、受信装置１０００の機能ブロック図である。

同図に示すように、受信装置１０００は、アンテナ１０１と、ローノイズアンプ１０２と、ミキサ１０３と、分配器１０４と、信号レベル検出部１０５と、制御部１０６とを備える。
アンテナ１０１は、無線信号を受信する。
ローノイズアンプ１０２は、受信信号を増幅し、利得調整する回路であり、回路構成の一部を図２に示す。同図に示すように、FET（Field Effect Transistor）のゲート（G）・ソース（S）間には、電圧Vgsが接続されている。また、ドレイン（D）・ソース間に、ドレイン電流Idsが流れている。ドレイン電流Idsは、電圧Vgsを変化させることによって制御することができる。FETのドレイン側は、電源電圧Vccが接続されている。したがって、ローノイズアンプ１０２に供給される電力Psatは、Psat＝(Pdc)/2＝(Vcc×Ids)/2として表される。また、信号の増幅レベルは、予め調整された所定レベルとする。

ミキサ１０３は、ローノイズアンプ１０２によって増幅された受信信号を受け付けてダウンコンバートを行い、ベースバンド信号を生成する。
分配器１０４は、生成されたベースバンド信号を、信号レベル検出部１０５と、図示していないベースバンド信号を処理する回路とに分配する。
信号レベル検出部１０５は、RSSI（Received Signal Strength Indicator）出力回路であり、受信信号の電界強度を検出し、検出した電界強度に基づいて、受信信号の信号レベルの値を示す所定の信号を、制御部１０６へ逐次出力する。受信信号の信号レベルは、例えば８ビットの値として表現され、２００段階以上のデータ値（A0、A1、A2、・・）をとることができる。

制御部１０６は、DSP（Digital Signal Processor）であり、メモリを備え、後述する電力制御テーブル３００を記憶している。信号レベル検出部１０５から信号レベルの値を示す所定の信号を受け付けて、受け付けた信号レベルの値と、電力制御テーブル３００に基づいて、ローノイズアンプ１０２に供給する供給電力を制御する。
＜データ＞
次に、受信装置１０００が用いるデータについて説明する。

図３は、制御部１０６が記憶している電力制御テーブル３００である。
電力制御テーブル３００は、信号レベルと、電圧値とを対応づけて記憶しており、同図に示すように、受信強度３１と、Vgs３２とを含む。
受信強度３１は、信号レベルを示し、信号レベル検出部１０５の出力値（A0、A1、A2、・・）と対応している。

Vgs３２は、ローノイズアンプ１０２に供給する電圧値（a0、a1、a2、・・）を示す。
＜動作＞
次に、受信装置１０００の動作について説明する。
図４は、受信装置１０００の制御部１０６が行う処理を示すフローチャートである。
制御部１０６は、信号レベル検出部１０５から信号レベルの値を示す所定の信号を受け付けるまで待機し（ステップＳ４１：Ｎ）、所定の信号を受け付けると（ステップＳ４１：Ｙ）、記憶している電力制御テーブル３００を参照し、所定の信号に示される信号レベルの値と対応づけられているVgsの値を抽出する（ステップＳ４２）。

電力制御テーブル３００からVgsの値の抽出を終えると、抽出した値に示される電圧を、ローノイズアンプ１０２のFETのゲート・ソース間に供給するよう、供給電圧を制御する（ステップＳ４３）。
制御を開始すると、再びステップＳ４１の処理に戻る。
本発明にかかる受信装置１０００は、ゲート・ソース間に供給する電圧Vgsを制御することによって、ドレイン電流Idsを制御する。ローノイズアンプ１０２への供給電力はPsat＝(Vcc×Ids)/2で表されるので、受信装置１０００は、Idsを制御することで、ローノイズアンプ１０２への供給電力を制御することができる。

これにより、微弱な信号を検出した場合はローノイズアンプ１０２の消費電力を下げて、ノイズフィギュアの悪化を招く熱雑音を低減する。逆に、強い信号を検出した場合は、ローノイズアンプ１０２の消費電力を上げて高出力まで歪みのない信号を出力できる。
すなわち、微弱な信号から強い信号まで、受信装置の性能を最適化することができる。ノイズフィギュアについては0.1〜0.5dB以上、ダイナミックレンジに関しては10dB以上改善される。また、消費電力についても、微弱信号受信時には省電力化を実現することができる。
＜補足＞
以上のように受信装置１０００について実施の形態に基づいて説明したが、以下のように変形することもでき、本発明は上述の実施の形態で示した受信装置１０００に限られないことは勿論である。
（１）上述したように、ローノイズアンプの性能を示す指標の１つであるノイズフィギュアは、熱雑音の悪影響を受けやすい。温度が高いほど、ノイズフィギュアが悪化する。

そこで、受信装置１０００に、さらに、ローノイズアンプ１０２の温度を測定する温度測定部を設け、信号レベル検出部１０５によって検出された信号レベルと、測定した温度とに基づいて、ローノイズアンプ１０２の消費電力を制御することとしてもよい。
例えば、信号レベル検出部１０５によって検出された信号レベルの値に応じてステップＳ４２において抽出したVgsの値に、温度測定部が測定した温度に応じて補正を加えることで、信号レベルと、測定した温度とに基づいて、ローノイズアンプ１０２の消費電力を制御することができる。

上述の構成は、例えば、以下に示すようにして実現可能である。
まず、ローノイズアンプ１０２の温度を検出する温度センサを、受信装置１０００に設置する。温度センサは、例えば５℃間隔で温度を検出可能とし、検出した温度を示す検出温度信号を、逐次、制御部１０６へ出力する。
また、制御部１０６は、図５に示す温度補正表５００を予め記憶している。同図に示すように、温度補正表５００は、温度５１と、補正値５２とを含む。

温度補正表５００は、温度が高いほど、ローノイズアンプ１０２に供給する供給電圧を小さく補正するように、温度と補正値とを対応づけて記憶している。
温度５１は、検出温度信号に示される温度を表す。
補正値５２は、補正する電圧値（V0、V1、V2、・・）を示す。
このような構成を備える受信装置は、例えば以下のようにして動作させることができる。

制御部１０６は、温度センサから逐次出力される検出温度信号を受け付けて、検出温度信号に示される温度の値を記憶している。
図４の例で説明すると、制御部１０６は、ステップＳ４１において信号レベル検出部１０５から所定の信号を受け付けると（ステップＳ４１：Ｙ）、記憶している電力制御テーブル３００を参照し、所定の信号に示される信号レベルの値と対応づけられているVgsの値を抽出する（ステップＳ４２）。

電力制御テーブル３００からVgsの値の抽出を終えると、記憶しているローノイズアンプ１０２の温度と対応づけられている電圧の補正値を、温度補正表５００から読み出す。抽出したVgsに、読み出した補正値を反映させた電圧を、LNAのFETのゲート・ソース間に供給するよう、供給電圧を制御する（ステップＳ４３）。
このようにして、受信信号の信号レベルと、ローノイズアンプ１０２の温度の変化に応じて、ローノイズアンプ１０２への供給電力を制御することができる。
（２）上述の実施の形態では、ローノイズアンプ１０２のVgsを制御することで、ローノイズアンプ１０２の消費電力を制御することとしていたが、これに限らず、Vccを制御することとしてもよい。また、VgsとVccをあわせて制御することとしてもよい。
（３）上述の実施の形態では、検出した信号レベルや温度に基づいて、電力制御テーブル３００や温度補正表５００などのテーブルを参照してローノイズアンプ１０２の消費電力の制御を行うこととして説明したが、テーブルを参照する以外にも、信号レベルと所定の数式からローノイズアンプ１０２へ供給する電圧を決定する等、他の方法を用いて制御を行うこととしてもよい。
（４）上述の実施の形態では、信号レベル検出部１０５による検出があるごとにローノイズアンプ１０２の消費電力の制御を行うこととしているが、これに限らず、所定時間ごとに、制御を行うこととしてもよい。また、例えば、所定時間ごとに、信号レベルの検出値の直近の値を用いてもよいし、信号レベルの検出値の平均値等、ある一定の期間内において検出された信号レベルの値を複数用いてもよい。温度測定部が出力する温度を用いての、ローノイズアンプ１０２の消費電力の制御においても同様である。
（５）上述の実施の形態では、信号レベル検出部１０５は、RSSI出力回路であるとして説明したが、これに限らず、信号レベルを検出回路であれば、他の手段によっても実現することができる。また、制御部１０６は、DSPであるとして説明したが、同様に、他の手段によっても実現可能である。また、信号レベル検出部１０５や制御部１０６等が行う処理は、ハードウェアとして実現してもよい。
（６）本発明は、上述した制御を行う方法であるとしてもよい。
（７）上述した構成、変形例を組み合わせてもよい。

本発明は、携帯電話機や基地局等の、無線信号を受信する装置において用いることができる。

本発明の受信装置１０００の機能ブロック図。ローノイズアンプ１０２の回路構成の一部を示す図。電力制御テーブル３００を示す図。制御部１０６が行う処理を示すフローチャート。温度補正表５００を示す図。

符号の説明

１０１アンテナ
１０２ローノイズアンプ
１０３ミキサ
１０４分配器
１０５信号レベル検出部
１０６制御部

Claims

無線信号を受信し、受信した信号を増幅する受信装置であって、
受信信号の増幅を行うローノイズアンプと、
受信信号の信号レベルを検出する信号レベル検出部と、
検出された信号レベルに応じて、前記ローノイズアンプに供給する電力を制御する出力制御部とを備える
ことを特徴とする受信装置。
前記出力制御部は、検出された信号レベルが所定レベル以下の場合には、所定電力以下の電力を供給するよう前記制御を行う
ことを特徴とする請求項１記載の受信装置。
前記受信装置は、さらに、前記ローノイズアンプの温度を測定する温度測定部を備え、
前記出力制御部は、前記供給する電力を、前記測定された温度に応じて補正する
ことを特徴とする請求項１記載の受信装置。