JP2012186833A - タイムスロット式データ伝送のための機能強化された自動利得制御機構 - Google Patents
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Abstract
【課題】信号処理のためのダイナミックレンジの制限を可能にすること。
【解決手段】本発明によれば、自動利得制御(AGC)方法は、前のフレームの同じタイムスロットから最終的に計算された利得をオフセット係数とともに使用して決定されたデジタルAGC回路(13)による初期利得を、あるタイムスロットに適用する。ブロック(17)内で検出された飽和データサンプルの数が閾値を超える場合、消去機能(14)が所与のデータサンプルブロックに対してアクティブにされる。AGC回路によって得られ、利得を更新するために使用される電力測定値は、飽和した測定済みデータサンプルの数に基づいて調整される。これらの要素が利得制限機能を提供する。
【選択図】図2
【解決手段】本発明によれば、自動利得制御(AGC)方法は、前のフレームの同じタイムスロットから最終的に計算された利得をオフセット係数とともに使用して決定されたデジタルAGC回路(13)による初期利得を、あるタイムスロットに適用する。ブロック(17)内で検出された飽和データサンプルの数が閾値を超える場合、消去機能(14)が所与のデータサンプルブロックに対してアクティブにされる。AGC回路によって得られ、利得を更新するために使用される電力測定値は、飽和した測定済みデータサンプルの数に基づいて調整される。これらの要素が利得制限機能を提供する。
【選択図】図2
Description
本発明は、一般に無線通信システムに関する。より詳細には、本発明は、時分割2重(TDD)システム、時分割多重アクセス(TDMA)システム、時分割符号分割多重アクセス(TD−CDMA:time division−code division multiple access)システムなど、タイムスロット式通信システム用の自動利得制御(AGC)回路に関する。
従来型の無線通信システムでは、信号中の有用な情報を一連のデジタル処理を用いて回復できるように、受信機でのベースバンド信号はアナログ形式からデジタル形式に変換される。通常、この変換を実現するためにアナログデジタル変換器(ADC)が使用される。一般に、ADCの出力ビット数が多いほど、ADCがサポートできる入力信号のダイナミックレンジは大きくなる。しかし、その結果、ADCはより高価になり、同様にその他の受信機構成部品のいくつかのコストがより高くなる。出力ビットの数が与えられている場合、入力信号の電力が大きすぎると、ADCの出力は飽和することがある。一方、入力信号の電力が小さすぎると、ADCの出力での量子化が厳しくなることがある。このどちらの状況でも、受信機で回復されると期待される情報は、質が低下し、または喪失することがある。
この問題を解決するための一般的な手法は、ADCの入力信号が所望の限度内に維持できるように、動的に調整可能な利得増幅器をADCの前に設けることである。通常、調整可能な利得はAGC回路を使用して制御される。
タイムスロット中のデータレートが可変であり、またはアクティブユーザの数が可変であるため、TDDフレーム中の隣接タイムスロット間、および隣接フレーム中の同じタイムスロット間で、電力が著しく変化することは、当技術分野では周知である。所与のタイムスロットでの正しい利得レベルを決定するために、AGCは、第1のN個のシンボルの、それが受信されたタイムスロット内でのシンボル電力を推定する。この推定処理の間には、この間利得制御が不完全なため、データ推定のためのシンボルは喪失することがある。また、この推定手順は、利得推定の初期精度に依存するので、その手順に長時間かかることがある。この場合の精度とは、タイムスロットの始点で適用された利得と、AGC回路によって決定された最終の「正しい」利得との間の差である。
典型的なTDDフレームは、一般に15個のタイムスロットを含む。タイムスロットの各々は、ミッドアンブル(midamble)によって分離された2つのデータバーストを含み、それらの後、タイムスロットの終わりにガード期間が続く。データバーストは所望のデータを送信し、ミッドアンブルはチャネル推定を実施するために使用される。
現在のAGC方法の精度およびデータ喪失の問題を避けるシステムおよび方法があるならば望ましい。
本発明によれば、デジタルAGC回路によってあるタイムスロット中に適用される初期利得は、前のフレームの同じタイムスロットからの最終計算利得をオフセット係数とともに使用して決定される。ブロック内で検出される飽和データサンプルの数が閾値を超えるとき、所与のデータサンプルブロックに対して消去機能がアクティブにされる。AGC回路によって得られ、利得を更新するために使用される電力測定値が、飽和している測定済みデータサンプルの数に基づいて調整される。これらの要素が、利得制限機能を提供し、さらなる信号処理のためにダイナミックレンジの制限を可能にする。
各図を参照しながら本発明を説明する。図中、同じ番号は全体を通して同じ要素を表す。
本発明は、時分割2重モードを利用する第3世代パートナーシッププログラム(3GPP:third generation partnership program)システムとともに用いる場合など、無線通信において有用である。しかし、本発明はどんな無線通信システムにも適用できることに留意されたい。こうしたシステムでは、基地局(BS:base station)および無線送信/受信ユニット(WTRU:wireless transmit/receive unit)を使用する。WTRUには、それだけには限定されないが、ユーザ機器、移動局、固定または移動加入者ユニット、ページャ、あるいは、無線環境で動作することができる他のどんなタイプの装置も含まれる。基地局は、それだけには限定されないが、ノードB(Node B)、サイトコントローラ、アクセスポイント、または無線環境での他のインターフェース装置を含む。例示的な実施形態に関して3GPPプロトコルに基づくCDMAを説明するが、本発明は、他の無線または有線、および、タイムスロット式または非タイムスロット式の通信システムに全般的に適用可能である。
本発明によれば、以下の仮定を置く。まず、セル探索プロセスが首尾よく完了し、タイムスロットのタイミングが得られている。第2に、セル探索AGCが、セル探索が首尾よく完了した後に復調される第1のタイムスロット(すなわち、ブロードキャストチャネル(BCH:Broadcast Channel)タイムスロット)で使用すべき利得の初期値を提供する。第3に、RFチェーンの全体利得が受信信号に適用され、デジタル制御利得ブロックの入力での信号の各値に反映される。
本発明によれば、AGCプロセスはタイムスロットベースである。図4を参照すると、タイミング図が示してある。各タイムスロット200毎に、タイムスロットの始点203、および複数のスキップ期間NSKIP221、222によって分離された複数のサンプリング期間NSAMP211〜213がある。データバーストの終点231の後に、タイムスロット200の終点233に隣接するガード期間232がある。一般に、各タイムスロット200毎に、デジタル制御された利得が初期化され、続いて、ADCの出力での電力が基準電力レベルに近くなるように複数の調整が行われる。
図1に、本発明に従って作製されたAGCユニット11のブロック図が示してある。AGCユニット11は、AGCループ13、消去機能モジュール14、および飽和検出回路17を含む。入力信号はAGCループ13によって受信される。AGCループ13は、この入力信号を処理し、消去機能モジュール14および飽和検出回路17に出力する。飽和検出回路17は、AGCループ13からの出力を受信し、それ自体の出力をAGCループ13および消去機能モジュール14の両方に提供する。消去機能モジュール14は、その出力を後続の受信機プロセスに提供する。
動作にあたっては、AGCループ13は、入力信号をサンプリングし、この信号を処理して、出力を飽和検出回路17および消去機能モジュール14に提供する。AGCループ13は、飽和検出回路17からの入力を利用して、適正なAGCレベルを決定する。飽和検出回路17は、サンプルブロック(NSAMP)内の飽和しているサンプルの数をカウントする。サンプルブロック(NSAMP)内の飽和しているサンプルの数が所定の閾値を超える場合、消去機能モジュール14は、拡張されたブロック(NSAMP+NSKIP)内のサンプルすべてをゼロで置き換える。飽和カウント数はまた、飽和サンプルの存在によって必要とされる利得が過大に推定されたことを補償するためにAGC回路11によって使用される。
AGC回路11での出力は、後続の受信機プロセスのための、IチャネルおよびQチャネルからのデジタルデータサンプルを含む。
AGC回路11の動作周波数は、各タイムスロットで受信される各信号の処理を行う必要性によって決定される。したがって、動作周波数は、AGCがアクティブな各受信タイムスロットで動作するようなものになる。
次に図2を参照すると、本発明の機能強化されたAGCプロセスを実行するための回路100の詳細なブロック図が示してある。回路100は、AGCループ13、消去機能モジュール14、および飽和検出モジュール17を含む。
AGCループ13は、デジタル制御式利得回路122、ADC123、電力推定器124、電力比較器125、加算器131、累算器132、制御ワード参照用テーブル(LUT:look−up table)133、初期化レジスタ134、乗算器135、および初期値セレクタ136を含む。
デジタル制御式利得回路122は、入力アナログ信号(agcin)を受け取り、このアナログ信号を処理して利得制御されたアナログ入力(y)をADC123に提供する。ADCは、デジタルサンプル出力(adcSampout)を提供する。デジタルサンプル出力(adcSampout)は、飽和検出回路17、消去機能モジュール14、および電力推定回路124に提供される。
電力推定回路124は、デジタルサンプル出力(adcSampout)の電力を推定し、この推定結果を電力比較器125に提供する。
電力比較器125は、対数推定器126を含むことが好ましい。対数機能を使用することにより、AGCループがdBで線形化され、対数機能無しに実現される場合よりも速いループ応答が提供される。対数推定器126の電力推定値Pestは、加算器127に入力され、加算器127は、対数推定器126の電力推定値Pestを電力基準値(Pref)と比較する。加算器127からの出力は、電力設定エラーを示すエラー信号(pwrErr)である。これは次式で計算される。
加算器127からの電力設定エラーpwrErr出力は、第2の加算器131に入力され、加算器131は、電力設定エラーpwrErrを補正係数Pcorrによって調整する。飽和検出回路17に関して以下に詳しく説明するように、補正係数Pcorrは飽和カウントに依存する。
加算器131は、電力エラー信号Perrを計算するために以下の各入力を使用する。すなわち、1)電力比較器回路125からの電力設定エラーpwrErr、および2)飽和LUT(参照用テーブル)145からの電力補正値Pcorrである。加算器131の出力は、飽和レベル調整を含む電力エラー信号Perrである。これは次のように計算される。
Perr=pwrErr−Pcorr 式(2)
電力エラー信号Perrの目的は、飽和により受信電力を過小に推定したことによる利得の過大推定を補償することである。次いで、電力エラー信号Perrは、累算器132に入力される。
累算器132は、電力エラー信号Perrを累計し、その出力accPwrErrを制御ワードLUT 133および初期化レジスタ124に提供する。
制御ワードLUT 133は、現在の繰返し処理で決定される所望の利得設定に対応する利得制御ワード(W)をデジタル制御式利得回路122に提供する。好ましい一実施形態では、利得設定は、0dBから75dBまでの全範囲で1dB刻みであるが、これは、こうした設定の一例にすぎない。LUT 133の入力は、累算器132からの累算エラー信号accPwrErrである。LUT 133の出力は、所望の利得設定を実現するためにデジタル制御式利得回路122を調整する利得制御ワード(W)である。
累算器132の出力accPwrErrはまた、初期化レジスタ134に提供される。AGCループ13の動作には、各タイムスロットの終点で累算器132の値を記憶する必要がある。これらの値は、初期化レジスタ134に記憶される。タイムスロット毎に1つの初期化レジスタ134がある。初期化レジスタ134の出力に、乗算器135を使用して10Δ/20の係数が乗算されて(Δはあらかじめプログラムされたオフセット係数)、第1の入力(オプション1)が初期値セレクタ136に提供される。第1の入力は、本発明の好ましい一実施形態であり、それにより、初期化レジスタ134に記憶された前のフレームのタイムスロットでの累算器の値が、オフセット係数Δとともに使用されて、現タイムスロットに適用される初期利得が計算される。オフセット係数Δの範囲の例は、1dBステップで0dBから−20dBまでである。
初期値セレクタ136への第2の入力(オプション2)は、所定の値である。この値の範囲の例は、1dBステップで0dBから−75dBまでである。
スイッチング回路136は、第1入力と第2入力の間で選択を行って、初期化の値を累算器132に提供する。セレクタ136を介する初期値の選択は、利得初期化の指示によって行われる。利得初期化オプション1が指示された場合、初期利得は、現タイムスロットに対する、オフセット係数Δによって調整された前のフレームからの最終計算利得である。利得初期化オプション2が指示された場合、初期利得は、所定の固定値ιであり、10ι/20として累算器に加えられる。ιの範囲の例は、0dB〜−75dBであるが、具体的な値は実装に依存する。初期化の後、累算器132は、繰返し処理毎に一度、電力比較器125からの入力を受信する。
ADC123からの信号(adcSampout)は、飽和検出回路17にも提供される。飽和検出回路17は、飽和したサンプルの故に過小評価された電力推定値を補償する。飽和検出回路17は、正の飽和比較器141、負の飽和比較器142、ORゲート143、飽和サンプルカウンタ144、および飽和LUT 145を備える。飽和サンプルカウンタ144は、飽和LUT 145および消去機能モジュール14の両方に出力を提供する。
正および負の飽和比較器141、142は、飽和サンプルを検出する。比較器141、142では、IおよびQのサンプルが同時に飽和する場合、単一の飽和サンプルとしてカウントし、2つの飽和サンプルとしてカウントはしない。ORゲート143の作用は、負または正の飽和のどちらかを飽和としてカウントすることである。飽和サンプルカウンタ144は、所与のサンプルブロック(NSAMP)中の飽和サンプルの数をカウントする。
飽和LUT 145は、飽和したサンプルによる利得の過大推定を補償するために、飽和サンプルの数を電力調整値にマッピングする。飽和サンプルが存在するときに利得が過大に推定される理由は、この飽和サンプルが、より多くのADCビットがあり信号がクリップされなかった場合に真の値がとるはずの値をクリップまたは低減したものだからであることに留意されたい。
飽和検出回路17は、サンプルの消去をトリガすることにより、信号の飽和が極端な場合に、後続の受信機プロセスを保護する。飽和検出回路17は、所与のサンプルブロック(NSAMP+NSKIP)について消去機能モジュール14がアクティブにされる条件をトリガとする。飽和カウントが所定の閾値を超えるとき、この条件が満たされる。所与の各サンプルブロック(NSAMP+NSKIP)は別々に扱われる。ループ処理を繰り返すと、飽和する確率は著しく低下する。したがって、実際問題として、タイムスロット中のおそらく第1のサンプルブロック以外のどんなサンプルブロック(NSAMP+NSKIP)も、消去機能モジュール14をトリガする可能性が低い。
本発明の一実施形態における以下に説明するAGC設計は、ADCワードサイズが8ビット(7ビットの振幅、1ビットの符号)であるという基本的な仮定から導き出された固定小数点の設定を使用するが、このADCワードサイズは例として示したものであり、したがって、必ずしもこの特定のADCワードサイズが必要となるわけではないことに留意されたい。
例示的な一実施形態では、飽和LUT 145は、飽和カウンタ144に応じて6ビット出力を提供する必要がある。LUT 145の長さはNSAMPに等しい。LUT 145は、飽和サンプルカウンタ144からの入力(x)および電力エラー補正値Pcorrという出力を有する。
動作に際しては、飽和検出回路17は、ADC 123からの出力を受け取る。−128または+127の値を有する符号付き8ビットADCからのサンプル出力の数(adcSampout)をカウントすることによって、飽和検出が開始される。カウントは、あらゆるサンプルブロックNSAMPについて実行され、サンプルブロック(NSAMP+NSKIP)の繰返し処理毎にリセットされる。サンプリングブロックNSAMPでの飽和サンプルの数(x)が、飽和の総計を推定するのに使用される。所与の入力値のI部分またはQ部分のどちらかが、−128または+127である場合、飽和カウンタ143が増分される。サンプリングブロックNSAMPの終点で得られるカウントは、サンプリングブロックNSAMP内で発生した飽和サンプルの数(x)のカウントであり、それが次いで、飽和LUT 145および消去機能モジュール14に出力される。
サンプリングブロックNSAMPでの飽和サンプルの数(x)に基づいて、電力エラー補正値Pcorrが飽和LUT 145から出力される。この値は、発生した飽和の総計の推定値であり、この総計に比例している。
先に説明したように、この値は電力比較器ブロック125の出力から差し引かれる。電力エラー補正値Pcorrは、電力推定値Pestと同じサンプリングブロック(NSAMP)に基づいており、それによりこの1対が完全に同期するようになっている。各電力推定値は、好ましくは対数形式であるため、飽和LUT 145の内容のワードサイズをより小さくすることが可能になる。
ADC 123の出力は、消去機能モジュール14にも提供される。消去機能モジュール14は、FIFO 151、消去回路152、および比較回路153を含む。
消去機能モジュール14は、飽和検出回路17からの飽和サンプルの数(x)に基づいて、データサンプルを消去する(すなわち、IおよびQのサンプルをゼロに設定する)決定を行う。飽和サンプルの数(x)が所定の閾値を超える場合、所与のループ繰返し処理における対応する期間中(NSAMP+NSKIP)のサンプルのすべてが消去される。
決定を行うことができるようになるにはサンプリングブロックNSAMPを受け取らなければならないため、FIFO 151を適切なサイズにしなければならない。サンプリングブロックNSAMPの間、飽和サンプルの数(x)がカウントされている。
消去機能モジュール14からの出力は、サンプルのうちのいくつかがゼロに設定された(消去された)受信データである。
図3は、本発明の一実施形態に従って実行されるAGC計算の方法300の流れ図である。前のタイムスロットのガード期間で、利得が設定される(ステップ302)。利得はオプション1を使用して設定してもよく、オプション2を使用して設定してもよいことに留意されたい。オプション1では、利得は、オフセットによって調整された、タイムスロット用のレジスタに記憶された値である。オプション2では、利得は固定値である。オプション1かオプション2かの選択は、あらかじめ決定される。オプション1を選ぶかオプション2を選ぶかに関係なく、初期のAGC利得値は、タイムスロットの開始前に設定される。
繰返し処理の始点で、AGC電力計算が始まる(ステップ304)。繰返し処理の始点は、タイムスロットの開始時、またはタイムスロット中の前の繰返し処理の直後のどちらかである。飽和検出が実行される(ステップ306)。この後、Pest、Pcorr、Perrを計算し、これらの値を累算器に加え、この繰返し処理でデータシンボルを消去するかどうかを決定する(ステップ308)。更新されたAGC利得値は、無線コントローラに提供され(ステップ310)、この値は、繰返し処理が始まったタイムスロット用のレジスタに記憶される(ステップ312)。スキップ期間が始まり(ステップ314)、次いで終了する(ステップ316)。この処理(ステップ304〜316)は、N回の繰返し処理毎に、またはタイムスロットの終点まで繰り返される(ステップ318)。
Claims (3)
- 時間フレームフォーマットの現在の時間フレームの選択されたタイムスロットにおいて受信されたデータ信号を処理するための受信機の利得制御ループの初期設定値を決定するための方法であって、
先行の時間フレームに関して前記選択されたタイムスロットに対する前記利得制御ループの設定値を記憶するステップと、
オフセット係数によって、前記記憶された設定値を調整するステップと、
前記調整された記憶された設定値及び所定の固定値の間から選択して前記初期設定値を提供するステップと
を含むことを特徴とする方法。 - 前記記憶された設定値を調整するために使用される前記オフセット係数は10Δ/20であり、ここでΔは0から−20dBまでの所定のオフセットであり、前記所定の固定値は10ι/20であり、ここでιは、0からー75dBまでの範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 時間フレームフォーマットの選択されたタイムスロットに関して受信機の利得制御ループの設定値を調整するための方法であって、
現在の時間フレームの前記選択されたタイムスロットにおいて受信されたデータ信号の第1の複数のサンプルを初期利得係数で処理するステップと、
前記第1の複数のサンプルから、飽和基準を超える第1のサンプルの第1の数を決定するステップと、
少なくとも部分的に前記第1の数に基づいて調整された利得係数で処理される、前記現在の時間フレームの前記選択されたタイムスロットにおいて受信されたデータ信号の第2の複数のサンプルを処理するステップと、
前記第2の複数のサンプルから、前記飽和基準を超える第2のサンプルの第2の数を決定するステップと、
少なくとも部分的に前記第2の数に基づいて調整された利得係数で処理される、前記現在の時間フレームの前記選択されたタイムスロットにおいて受信されたデータ信号の第3の複数のサンプルを処理するステップと
を含むことを特徴とする方法。
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