JP2013131895A - 無線通信端末装置及びゲイン設定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ギャップメジャメントにおけるＡＧＣ収束性能を向上させる無線通信端末装置及びＡＧＣ制御方法を提供する。
【解決手段】ＳＴ２０２では、ＳＴ２０１においてセルＩＤを取得していないと判定されたので、セルサーチモードにおけるゲイン設定が開始され、状態判断部１０８が１回目のギャップメジャメントか否かを判定する。ＳＴ２０４では、初期ゲイン計算部１０９が第１ブランチ、第２ブランチのゲイン設定値を異なる値に設定し、受信信号を全ダイナミックレンジ内に収容するようにする。ＳＴ２０５では、第１ブランチ、第２ブランチは個別にＡＧＣ制御を行う。
【選択図】図６

Description

本発明は、初期セルサーチ時にＡＧＣ（Auto Gain Control）制御を行う無線通信端末装置及びゲイン設定方法に関する。

無線通信端末装置（以下、「端末」という）の普及に伴い、無線通信方式の周波数利用効率はますます重要になってきている。次世代無線通信方式として検討されているＬＴＥ（Long Term Evolution）は、ＴＤＤ（Time Division Duplex）及びＦＤＤ（Frequency Division Duplex）の２つのアクセス方式を有し、下り最大スループット１００Ｍｂｐｓ、上り最大スループット５０Ｍｂｐｓ以上を設計のミニマム要求条件とするシステムの構築を目指している。そのため、ＬＴＥは、受信系を２系統搭載したＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）及びダイバーシチ受信を行うことが一般的である。また、特に、ＬＴＥ ＴＤＤ方式は、その周波数利用効率の観点から、各国、各キャリアで採用が検討されている。

３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）では、各ＲＡＴ（Radio Access Technologies）間ハンドオーバーを想定し、各ＲＡＴの受信電界強度を測定するギャップメジャメント（Gap Measurement）という測定を定期的に行うことになっている（例えば、非特許文献１参照）。ギャップメジャメントに使用できる時間は決められており、非特許文献１では、基地局からの要求に対して、６ｍｓのギャップを４０ｍｓ周期で１２回、または８０ｍｓ周期で６回設けることになっているが、そのギャップで同期捕捉、ＡＧＣ制御、電界測定を行う。

電界測定の精度を確保するためには、素早く同期捕捉を行う必要があり、そのためには、より高速のＡＧＣ制御が必要となる。特に、他ＲＡＴからＬＴＥへのギャップメジャメントでは、ＬＴＥの信号配置を考えた場合、参照信号（以下、「ＲＳ（Reference Signal）」という）のみが配置される場合も想定して、ＡＧＣの更新周期の設計に工夫が必要となる。

図１にＬＴＥ ＴＤＤ方式のConfiguration 0のＵＬ（Uplink）／ＤＬ（Downlink）信号配置を示す。図１において、横軸はサブフレーム番号、縦軸は周波数方向のシンボルを表している。ここでは、説明を簡略化するため、６サブフレーム（sub-frame）、１ＲＢ（Resource Block）のみを示している。また、サブフレーム＃１、＃６はＤＬを、サブフレーム＃０、＃５はスペシャルサブフレーム（Special sub-frame）を表しており、これらのサブフレームに配置された■はＲＳを示している。

ＲＳの時間方向の間隔は最大で４シンボル（symbol）分であり、４シンボル未満でＡＧＣを更新すると、ＲＳの信号レベルが非常に大きい場合、無信号区間からＲＳへはＡＧＣが追従できない可能性がある。これについて、図２を用いて具体的に説明する。

図２は、図１のサブフレーム＃４〜＃６を拡大した様子を示しており、区間２１〜２４はそれぞれＬＴＥ ＴＤＤ方式の３シンボル区間を表している。ここで、例えば、ＲＳの信号レベルが−２５ｄＢｍ、無信号区間の信号レベル（ノイズフロア）が−１１０ｄＢｍとなる場合、区間２２〜２４は、ＲＳシンボルが含まれている区間のため、これらの区間の信号レベルは−２５ｄＢｍ相当になるが、区間２１は無信号区間となり、信号レベルは−１１０ｄＢｍ相当になってしまう。そのため、ＡＤコンバータに必要なダイナミックレンジは８５ｄＢとなり、ＡＤの必要ビット数は最大で±１４ビット、つまり、２８ビット相当となり現実的ではない。よって、非同期時のＬＴＥ ＴＤＤ方式におけるＡＧＣ更新は、無信号区間が形成されない４シンボル区間で行われることが一般的であり、４シンボル区間が最小更新間隔となる。ＴＤＤの非同期時は、ＵＬ、ＤＬの位置が分からないため、１サブフレーム間隔の更新ができず、上記短時間での更新となる。

また、ＬＴＥ ＴＤＤ方式においては、同期シンボル（ＰＳＳ（Primary Synchronization Signal）及びＳＳＳ（Secondary Synchronization Signal））の配置がＬＴＥ ＦＤＤ方式に比べ、２シンボル分広がっており、６ｍｓという１回のギャップで同期捕捉を行うには、より短時間でＡＧＣの収束を行う必要がある。

また、１回のギャップ時間（６ｍｓ）に関して、例えば、ＧＳＭシステムからＬＴＥ ＴＤＤシステムへのギャップメジャメントを例に考えると、ＧＳＭシステムの停止処理、及び、ＬＴＥ ＴＤＤシステムの起動（周波数同期など）をギャップ時間内で行う必要があり、６ｍｓの全てを同期捕捉に利用することはできない。

そのため、１つのギャップ区間でＰＳＳ／ＳＳＳシンボルが先頭付近に配置されている場合、後方で再度ＰＳＳ／ＳＳＳシンボルを取得することができず、先頭付近に現れたＰＳＳ／ＳＳＳシンボルを取得しないと、限られたギャップ時間内に同期（セルサーチ）を完了することができない可能性がある。

そこで、ＬＴＥ ＴＤＤ方式のギャップメジャメントにおける非同期時のＡＧＣ制御方法として、例えば、以下の方法が考えられる。ここでは、再度、図１を参照して説明する。

符号１１は、ギャップ時間窓（Gap time window）の時間幅を表しており、ＴＤＤ ＬＴＥシステムで実際に割り当てられたギャップ時間窓幅であり、ギャップ時間長６ｍｓから受信起動時間Ｘ（ｍｓ）と受信停止時間Ｙ（ｍｓ）を差し引いた時間になる。ここでは、一例として（６−Ｘ−Ｙ）ｍｓ＝５．３ｍｓとして説明する。

符号１２は、ＡＧＣの制御タイミングを示し、４シンボル毎に設けた節と節の間、すなわち、４シンボル区間毎にレベルを計算し、４シンボル区間の部分で受信ブロックに対して、ＡＧＣ制御、つまり、ゲイン設定を行うことを意味する。

ＬＴＥのギャップメジャメントは４０ｍｓまたは８０ｍｓ周期で行われ、ＬＴＥフレーム（１０ｍｓ）の整数倍となるため、１回目のギャップメジャメントと２回目のギャップメジャメントはフレーム内の同じ位置でギャップ時間窓が開かれることになる。例えば、１回目のギャップメジャメントが、２サブフレームの３シンボル目でギャップ時間窓が開かれたとすると、２回目のギャップメジャメントは、４０ｍｓ後に開始されるため、再度２サブフレームの３シンボル目でギャップ時間窓が開かれることになる。

図１の場合におけるＡＧＣ制御方法としては、現在のサブフレームがＵＬかＤＬか分からないために、初期ゲインは比較的収束しやすい値で開始することになるが、一般的にダイバーシチを搭載したＬＴＥ ＴＤＤシステムでは、受信ダイバーシチ効果を狙い、受信ブロックの初期ゲインをほぼ等利得に設定し、ＡＧＣ制御を行う。

3GPP TS36.133 8.1.2

しかしながら、上述したギャップメジャメントにおける非同期時のＡＧＣ制御方法には、次のような問題がある。

ギャップ時間窓の先頭にＳＳＳシンボルが配置され、設定した利得がＳＳＳシンボルレベルに比べて極めて大きく異なる場合、受信ダイナミックレンジ内に収まらず、受信及びデコードすることができない。また、ギャップ時間窓幅が５サブフレーム＋２シンボル≒５．１４ｍｓ以下であり、ギャップ時間窓の先頭にＳＳＳシンボルが配置された場合、後方ＰＳＳシンボルは取得できず、結果として、先頭のＰＳＳ／ＳＳＳシンボルを取得できないと、同期捕捉が２回目のギャップメジャメントまで取得できず、同期捕捉に時間がかかるという問題がある。

ここで、受信ダイナミックレンジについて、例えば、ＬＴＥ ＴＤＤシステムの変調波信号を周波数変換し、帯域制限した後にディジタル化するＡＤコンバータを用いて説明する。図３は、１２ビットのＡＤコンバータを用いた場合の受信ダイナミックレンジの説明に供する図である。

一般的に、１２ビット分解能のＡＤコンバータを利用すると、約７２ｄＢ（６．０２ｄＢ×１２ビット）のダイナミックレンジが得られる。一方で、受信変調信号のピークを考えると、ヘッドルームを確保する必要があり、ここでは１８ｄＢとしている。

このようなＡＤコンバータを使用する場合、最小入力レベルを−９７．５ｄＢｍとすると、最大入力レベルは−４３．５ｄＢｍまでとなる。また、量子化する場合には、必ず量子化雑音が存在するため、その影響を減らすためにダイナミックレンジはさらに減ることになる。

３ＧＰＰにおける受信信号の入力レベルは、−２５ｄＢｍまで入力されることになっているため、上記のＡＤコンバータではダイナミックレンジ外となり、信号を受信、デコードすることができない場合が発生する。すなわち、ＡＤコンバータが飽和、またはデータがヌル（Null）データとなってしまう。

ＡＤコンバータで飽和、またはヌルデータとなると、次のＡＧＣ更新タイミングで受信ブロックのゲイン設定を正しく設定することができず、次のゲイン設定時の信号も取得することができないばかりか、その後のＡＧＣ収束に遅延が発生しまうことになる。

本発明の目的は、ギャップメジャメントにおけるＡＧＣ収束性能を向上させる無線通信端末装置及びゲイン設定方法を提供することである。

本発明の無線通信端末装置は、第１アンテナに対応し、前記第１アンテナを介して信号を受信する第１受信手段と、第２アンテナに対応し、前記第２アンテナを介して信号を受信する第２受信手段と、１回目のギャップメジャメントにおいて、前記第１受信手段の初期ゲイン設定値と、前記第２受信手段の初期ゲイン設定値とを異なる値に設定するゲイン計算手段と、を具備する構成を採る。

本発明のゲイン設定方法は、ギャップメジャメントのセルサーチを行う際、複数の受信系にそれぞれ異なる初期ゲイン設定値を設定する工程と、前記複数の受信系が、設定された初期ゲイン設定値を用いて、ＡＧＣ制御を行う工程と、を具備するようにした。

本発明によれば、ギャップメジャメント時に一方の受信ブランチと他方の受信ブランチとでＲＦ部のトータルゲインを異ならせ、受信信号を全ダイナミックレンジ内に収容することにより、ギャップ時間窓の先頭付近のシンボルの収束性能を向上させ、この結果、ギャップメジャメントにおけるＡＧＣ収束性能を向上させることができる。

ＬＴＥ ＴＤＤ方式のConfiguration 0のＵＬ／ＤＬ信号配置を示す図 図１のサブフレーム＃４〜＃６を拡大した様子を示す図 １２ビットのＡＤコンバータを用いた場合の受信ダイナミックレンジの説明に供する図 本発明の一実施の形態に係る端末の構成を示すブロック図 図４に示した受信部の内部構成を示す図 図４に示した端末におけるゲイン設定手順を示すフロー図 第１ブランチと第２ブランチとでゲイン設定値を異なる値に設定する方法の説明に供する図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（一実施の形態）
図４は、本発明の一実施の形態に係る端末１００の構成を示すブロック図である。なお、端末１００は、３ＧＰＰ ＬＴＥ方式に対応しており、また、ＭＩＭＯ及び受信ダイバーシチを切り替え可能な２系統の受信系を有するマルチモードに対応しているものとする。

第１受信部１０２は、第１アンテナ１０１を介して３ＧＰＰ変調信号を受信し、受信した３ＧＰＰ変調信号をデジタルベースバンド信号に変換して、第１検波部１０３及び合成デコード部１０７に出力する。

第１検波部１０３は、第１受信部１０２から出力されたデジタルベースバンド信号の信号強度を検波し、信号強度に基づくゲイン設定値を第１スイッチ１１２に出力する。

第２受信部１０５は、第２アンテナ１０４を介して３ＧＰＰ変調信号を受信し、受信した３ＧＰＰ変調信号をデジタルベースバンド信号に変換して、第２検波部１０６及び合成デコード部１０７に出力する。

第２検波部１０６は、第２受信部１０５から出力されたデジタルベースバンド信号の信号強度を検波し、信号強度に基づくゲイン設定値を第２スイッチ１１３に出力する。

合成デコード部１０７は、第１受信部１０２から出力されたベースバンド信号と、第２受信部１０５から出力されたベースバンド信号とをダイバーシチ合成し、ダイバーシチ合成した信号をデコードする。デコードされた信号は状態判定部１０８に出力される。

状態判断部１０８は、合成デコード部１０７から出力された信号に基づいて、受信システムの状態を判断し、判断結果を初期ゲイン計算部１０９に出力する。

初期ゲイン計算部１０９は、状態判断部１０８から出力された判断結果に基づいて、所望の受信モードに応じて第１受信部１０２及び第２受信部１０５の初期ゲインを計算し、計算した第１受信部１０２の初期ゲインを第１初期ゲイン設定部１１０に、第２受信部１０５の初期ゲインを第２初期ゲイン設定部１１１にそれぞれ出力する。

第１初期ゲイン設定部１１０は、初期ゲイン計算部１０９から出力された第１受信部１０２の初期ゲインを第１スイッチ部１１２に出力し、第２初期ゲイン設定部１１１は、初期ゲイン計算部１０９から出力された第２受信部１０５の初期ゲインを第２スイッチ部１１３に出力する。

第１スイッチ部１１２は、第１初期ゲイン設定部１１０から出力された第１受信部１０２の初期ゲインに基づいて、第１初期ゲイン設定部１１０からの初期ゲイン、または第１検波部１０３からのゲイン設定値を第１受信部１０２にゲイン設定する。

第２スイッチ部１１３は、第２初期ゲイン設定部１１１から出力された第２受信部１０５の初期ゲインに基づいて、第２初期ゲイン設定部１１１からの初期ゲイン、または第２検波部１０６からのゲイン設定値を第２受信部１０５にゲイン設定する。

第１アンテナ１０１、第１受信部１０２、第１検波部１０３、第１スイッチ部１１２で構成されているダイバーシチブランチを第１ブランチとし、第２アンテナ１０４、第２受信部１０５、第２検波部１０６、第２スイッチ部１１３で構成されているダイバーシチブランチを第２ブランチとする。

図５は、図４に示した受信部の内部構成を示す図である。第１受信部１０２及び第２受信部１０５共に、図５に示す機能を有する。受信部は、受信信号から帯域外信号を除去するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、バンドパスフィルタの出力信号を増幅する低雑音増幅器（ＬＮＡ）、局部発振器（Ｌｏ）、低雑音増幅器の出力信号と局部発振器の出力とを乗算するミキサ（ＭＩＸ）、乗算器出力を増幅するゲイン制御増幅器（ＧＣＡ）、利得制御増幅器で増幅された受信信号の帯域制限を行うローパスフィルタ（ＬＰＦ）、ローパスフィルタの出力信号をディジタル信号に変換するＡＤコンバータ（ＡＤＣ）、及び、ＡＤ変換器出力信号を帯域制限するデジタルローパスフィルタ（ＤＬＰＦ）を備えている。

次に、図４に示した端末１００におけるゲイン設定手順について図６を用いて説明する。図６において、ステップ（以下、「ＳＴ」と省略する）２０１では、状態判断部１０８がギャップメジャメント開始時にセルＩＤを取得しているか否かを判定し、セルＩＤを取得している場合にはＳＴ２０３に移行し、セルＩＤを取得していない場合にはＳＴ２０２に移行する。

ＳＴ２０２では、セルサーチモードにおけるゲイン設定が開始され、状態判定部１０８が１回目のギャップメジャメントか否かを判定し、１回目のギャップメジャメントである場合にはＳＴ２０４に移行し、２回目以降のギャップメジャメントである場合にはＳＴ２０３に移行する。

ＳＴ２０３では、第１スイッチ部１１２及び第２スイッチ部１１３は、第１ブランチ、第２ブランチのゲイン設定値を、前回のギャップメジャメントの最後に第１検波部１０３及び第２検波部１０６で検波された信号強度に基づくゲイン設定値にするよう、第１検波部１０３、第２検波部１０６を選択し、その値を各ブランチに設定する。これにより、受信信号を全ダイナミックレンジ内に収容することができる。

ＳＴ２０４では、初期ゲイン計算部１０９が第１ブランチ、第２ブランチのゲイン設定値を異なる値に設定する。

ＳＴ２０５では、第１ブランチ、第２ブランチは個別にＡＧＣ制御を行う。

ここで、第１ブランチと第２ブランチとでゲイン設定値を異なる値に設定する方法について、図７を用いて説明する。例えば、第１ブランチの第１受信部１０２、及び、第２ブランチの第２受信部１０５に使用されるＡＤコンバータを１２ビット、搬送波（ＣＷ：Carrier Wave）入力で１Ｖｐ−ｐ（Volt peak to peak） ｍａｘ．として考える。１Ｖｐ−ｐ ｍａｘ．の場合、５０Ω電力換算で約４ｄＢｍとなる。

この場合、一般的には、１２ビットＡＤコンバータのダイナミックレンジは７２ｄＢになるが、シンボルピーク等による瞬時飽和を防ぐために、ヘッドルームを設定（ここでは１８ｄＢ）すると、−６６ｄＢｍの信号をＡＤコンバータ入力までに４−１８＝−１４ｄＢｍまで増幅することが、第１受信部１０２に必要なゲイン設定になる。つまり、−６６ｄＢｍ−（−１４ｄＢｍ）＝５２ｄＢが第１受信部１０２のゲイン設定値となる。

これにより、第１アンテナ１０１端で−１０４ｄＢｍの信号が入力されたとしても、同一ゲイン設定では、量子化雑音＋１６ｄＢの位置でＡＤ変換することができるため、量子化雑音の影響も０．１ｄＢ以下に押さえることが可能になる。

一方で、第２ブランチは−２２ｄＢｍの信号をＡＤコンバータのヘッドルーム位置まで増幅すれば、第２ブランチのゲイン設定値は−２２−（−１４）＝８ｄＢということになる。

この設定を行うことにより、第２アンテナ１０４端で−２２ｄＢｍ〜−６６ｄＢｍの信号が入力されたとしても、同一ゲイン設定では量子化雑音＋１０ｄＢの位置でＡＤ変換することができる。

このように、第１ブランチと第２ブランチのそれぞれの初期ゲイン設定に５２−８＝４４ｄＢのゲイン差を設けることにより、両ブランチあわせて−１０４ｄＢｍ〜−２２ｄＢｍの信号を１回目のギャップメジャメントの初期受信時に取得することができる。すなわち、１回目のギャップ時間窓の最初の部分にＰＳＳ／ＳＳＳシンボルが存在する場合においても、１回目のギャップの初期受信時にＰＳＳ／ＳＳＳシンボルを取得することが可能となる。また、１回目のギャップの初期ゲインをブランチ間で変更すること以外は通常動作となるため、ハードウェアの変更等はほとんど不要であり、比較的容易に実装することができる。

このように、本実施の形態によれば、セルサーチにおける最初のギャップメジャメント時に第１の受信ブランチと第２の受信ブランチとでＲＦ部のトータルゲインを異ならせ、受信信号を全ダイナミックレンジ内に収容することにより、１回目のギャップメジャメントにおけるＡＧＣ収束性能を向上させることができる。

なお、本実施の形態では、第１ブランチのゲイン設定値が第２ブランチのゲイン設定値より高い場合について説明したが、本発明はこれに限らず、両ブランチのゲイン設定値を逆にしてもよい。

また、トータルゲイン設定値は、本実施の形態で設定した第１ブランチのゲイン設定値５２ｄＢ、第２ブランチのゲイン設定値８ｄＢによらず、ＰＳＳ／ＳＳＳの所要Ｓ／Ｎに応じて設定してもよい（上記の説明では、量子化雑音に対してＳ／Ｎ＝１０ｄＢに信号が来るように設定）。これにより、所要Ｓ／Ｎに応じて更にダイナミックレンジを増大すること、またはＡＤコンバータのビット数を削減することができ、結果として消費電力を低減することが可能となる。

本発明にかかる無線通信端末装置及びゲイン設定方法は、ＬＴＥ ＴＤＤ方式の移動通信システム等に適用できる。

１０１ 第１アンテナ
１０２ 第１受信部
１０３ 第１検波部
１０４ 第２アンテナ
１０５ 第２受信部
１０６ 第２検波部
１０７ 合成デコード部
１０８ 状態判断部
１０９ 初期ゲイン計算部
１１０ 第１初期ゲイン設定部
１１１ 第２初期ゲイン設定部
１１２ 第１スイッチ部
１１３ 第２スイッチ部

Claims (5)

1. 第１アンテナに対応し、前記第１アンテナを介して信号を受信する第１受信手段と、
   第２アンテナに対応し、前記第２アンテナを介して信号を受信する第２受信手段と、
   １回目のギャップメジャメントにおいて、前記第１受信手段の初期ゲイン設定値と、前記第２受信手段の初期ゲイン設定値とを異なる値に設定するゲイン計算手段と、
   を具備する無線通信端末装置。
2. 前記受信手段は、
   受信信号から帯域外信号を除去するバンドパスフィルタと、
   前記バンドパスフィルタの出力信号を増幅する低雑音増幅器と、
   前記低雑音増幅器の出力信号と局部発振器の出力とを乗算する乗算器と、
   前記乗算器出力を増幅するゲイン制御増幅器と、
   前記利得制御増幅器で増幅された受信信号の帯域制限を行うローパスフィルタと、
   前記ローパスフィルタの出力信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換器と、
   前記ＡＤ変換器出力信号を帯域制限するデジタルフィルタと、
   を具備する請求項１に記載の無線通信端末装置。
3. マルチモードＬＴＥ（Long Term Evolution）方式に対応した請求項１に記載の無線通信端末装置。
4. ＬＴＥ（Long Term Evolution） ＴＤＤ（Time Division Duplex）方式に対応した請求項１に記載の無線通信端末装置。
5. ギャップメジャメントのセルサーチを行う際、複数の受信系にそれぞれ異なる初期ゲイン設定値を設定する工程と、
   前記複数の受信系が、設定された初期ゲイン設定値を用いて、ＡＧＣ制御を行う工程と、
   を具備するゲイン設定方法。

Images