JP2014049821A - 受信装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フェージング速度が速い場合であっても、ＡＧＣアンプの出力を容易に好適な目標振幅に収束する。
【解決手段】受信装置は、入力される受信信号の振幅を目標振幅に近づくような利得で増幅するＡＧＣアンプと、増幅された前記受信信号から求められる当該受信信号のフェージング速度を示すデータに基づいて前記ＡＧＣアンプの前記目標振幅を設定し、設定した前記目標振幅ごとに前記受信信号の振幅に応じた利得を前記ＡＧＣアンプに設定する制御部とを有することで、フェージング速度に応じた目標振幅を設定してＡＧＣアンプの出力を容易に収束させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、受信信号の振幅を目標振幅に近づけるように制御するＡＧＣアンプを備えた受信装置、及びその制御方法に関する。

受信装置、たとえば、ＰＨＳ（Personal Handy-phone System）や携帯電話といった移動体無線通信端末における受信装置には、受信信号の中間周波増幅回路に、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）アンプが備えられる（たとえば、特許文献１）。ＡＧＣアンプは、受信信号が目標振幅に近づくような利得（増幅率）で受信信号を増幅する。目標振幅は、受信信号内の同期用プリアンブル信号を好適にＡＤ変換するために設定される。移動体通信においては、送信側や受信側装置の移動に起因して受信側の受信電力が変動し、いわゆるフェージング（受信信号の振幅の強弱）が生じる場合がある。かかる場合、ＡＧＣアンプにより、受信信号の振幅が目標振幅より小さいときには利得を増大させ、目標振幅より大きいときには利得を減少させることで、目標振幅のプリアンブル信号を得る。

しかし、たとえばＰＨＳのフレームフォーマットでは、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying：４位相偏移変調）方式で変調されたプリアンブル信号に続いて、１６ＱＡＭ（16-Quadrature Amplitude Modulation：直交振幅変調）等の方式で変調されたデータ信号が伝送される。すると、プリアンブル信号を増幅したときの利得でデータ信号を増幅する際、データ信号の最大振幅が十分大きくないと、データ信号の振幅がＡＤ変換可能な振幅範囲で飽和してしまい、振幅成分の情報が失われるおそれがある。すると、ＡＤ変換したときの信号が歪んで受信特性が劣化する。

よって、従来、たとえばデータ信号の最大振幅からある程度のマージンの分、目標振幅を小さめに設定することで、データ信号の振幅が飽和しないようにする方法が提案されている。

特開平１１−３１２９３８号公報

しかしながら、目標振幅をマージンの分小さめに設定したとしても、フェージング速度が速い場合、すなわち、受信信号の振幅の時間変化率が大きい場合には、制御量の変化率も大きくなる。そして、振幅が逆方向に急変するような場合、制御が発散してしまう。すると、利得の制御が受信信号の振幅変動に追従しきれず、ＡＧＣアンプの出力を目標振幅に収束させることが困難になるという問題がある。かといって、目標振幅をさらに下げ、ＡＧＣアンプの出力の収束に必要な制御量を小さくすることで制御を容易にしようとすると、フロアノイズに信号成分が埋もれやすくなり、受信信号をＡＤ変換したときの信号分解能（解像度）が全般的に低下するという問題がある。

従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、フェージング速度が速い場合であっても、ＡＧＣアンプの出力を容易に目標振幅に収束できる受信装置、及びその制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明の一側面における受信装置は、入力される受信信号の振幅を目標振幅に近づくような利得で増幅するＡＧＣアンプと、増幅された前記受信信号から求められる当該受信信号のフェージング速度を示すデータに基づいて前記ＡＧＣアンプの前記目標振幅を設定し、設定した前記目標振幅ごとに前記受信信号の振幅に応じた利得を前記ＡＧＣアンプに設定する制御部とを有することを特徴とする。

前記制御部は、第１のフェージング速度のときに第１の目標振幅を、前記第１のフェージング速度より遅い第２のフェージング速度のときに前記第１の目標振幅より大きい第２の目標振幅を設定することを特徴とする。

上記側面における受信装置は、増幅された前記受信信号を直交検波し、前記受信信号のフェージング速度を示すＩＱデータを取得して前記制御部に送る検波部をさらに有する。

上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。なお、方法やプログラムの各ステップは、データの処理においては必要に応じて、ＣＰＵ、ＤＳＰなどの演算処理装置を使用するものであり、入力したデータや加工・生成したデータなどをＨＤＤ、メモリなどの記憶装置に格納するものである。

例えば、本発明を方法として実現した受信装置の制御方法は、入力される受信信号の振幅が目標振幅に近づくような利得で当該受信信号をＡＧＣアンプにて増幅する工程と、増幅された前記受信信号から当該受信信号のフェージング速度を示すデータを取得する工程と、前記フェージング速度に基づいて前記ＡＧＣアンプの前記目標振幅を設定し、設定した前記目標振幅ごとに前記受信信号の振幅に応じた利得を前記ＡＧＣアンプに設定する制御工程とを有する。

以下に説明する実施形態によれば、フェージング速度が速い場合であっても、ＡＧＣアンプの出力を好適な目標振幅に容易に収束できる。

本実施形態における受信装置のブロック図である。 受信信号の振幅と目標振幅の関係を示す図である。 目標振幅の変更について説明するための図である。 フェージング速度と目標振幅の関係を説明する図である。 受信装置による目標振幅の設定手順を示すフローチャート図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本実施形態における受信装置のブロック図である。この受信装置は、ＰＨＳや携帯電話などの移動通信端末に、または、移動通信端末と通信を行う基地局に設けられる。受信装置１０は、アンテナ１２、ＲＦ（Radio Frequency）部１４、ＡＧＣアンプ１６、ＡＧＣ制御部１８、Ａ／Ｄ変換器２０、直交検波部２２、フェージング速度検出部２３、および復調部２４を有する。

アンテナ１２は、無線信号を受信し、受信された無線信号をＲＦ部１４に出力する。

ＲＦ部１４は、ローノイズアンプ、周波数変換器、帯域通過フィルタ、受信電力検出部などを含む。ＲＦ部１４は、アンテナ１２から入力される無線信号をローノイズアンプで増幅し、さらに中間周波数信号にダウンコンバートした信号を受信信号としてＡＧＣアンプ１６に出力する。また、ＲＦ部１４は、アンテナ１２から入力される無線信号の電力を受信電力検出部により検出し、検出された電力値を受信電力値（受信信号の振幅）としてＡＧＣ制御部１８に出力する。

ＡＧＣアンプ１６は、ＲＦ部１４から入力される受信信号の振幅が目標振幅に近づくような利得で受信信号を増幅する。そして、ＡＧＣアンプ１６は、増幅した受信信号を、Ａ／Ｄ変換器２０に出力する。具体的には、受信信号に含まれる同期用プリアンブル信号が、所定目標振幅に近づくような利得で増幅されて出力される。そして、プリアンブル信号に続くデータ信号が、プリアンブル信号と同じ利得で増幅されて、出力される。

Ａ／Ｄ変換器２０は、ＡＧＣアンプ１６から入力されるアナログの受信信号をディジタル信号に変換し、そのディジタル信号を直交検波部２２に出力する。

直交検波部２２は、Ａ／Ｄ変換器２０から入力されるディジタル信号に含まれる、同期用プリアンブル信号に続くデータ信号を直交検波し、分離されたＩ信号（同相信号）とＱ信号（直交信号）を復調部２４とフェージング速度検出部２３に出力する。

復調部２４は、直交検波部２２から入力されるＩ信号およびＱ信号のレベルを判定し、その判定結果に基づいてシリアルデータを復元する。復元されたシリアルデータは、復調データとして図示しない後段回路に出力される。

一方、フェージング速度検出部２３は、ＩＱ信号の変調精度（たとえば、ＥＶＭ：Error Vector Magnitude）を算出する。フェージングは、通信相手の移動通信端末が移動して、受信装置１０が受信する受信信号の振幅が大きくなったり、小さくなったりすることで生じる。ここでは、ＩＱ信号の変調精度の時間変化率が、フェージング速度を示す。フェージング速度検出部２３は、変調精度の時間変化率を算出し、算出結果を示すデータを、ＡＧＣ制御部１８に出力する。ここで、変調精度の時間変化率を示すデータが、本実施形態における「フェージング速度を示すデータ」に対応する。フェージング速度検出部２３は、たとえば、制御プログラムを格納したメモリと、制御プログラムを実行するプロセッサとを備えたＤＳＰ（Digital Signal Processor）やマイクロコンピュータである。

ＡＧＣ制御部１８は、ＲＦ部１４から受信信号が入力され、フェージング速度検出部２３から変調精度の時間変化率を示すデータが入力される。ＡＧＣ制御部１８は、変調精度の時間変化率を示すデータ、つまりフェージング速度を示すデータに応じて、ＡＧＣアンプ１６の目標振幅を設定する。そして、ＡＧＣ制御部１８は、目標振幅ごとに、受信信号が目標振幅に近づくような利得をＡＧＣアンプ１６に設定する。ＡＧＣ制御部１８は、たとえば、目標振幅ごとに、受信信号の振幅に利得が対応付けられたテーブルデータＴＢＬを有する。ＡＧＣ制御部１８は、たとえば、テーブルデータＴＢＬや制御プログラムを格納したメモリと、制御プログラムを実行するプロセッサとを備えたＤＳＰ（Digital Signal Processor）やマイクロコンピュータである。ここで、ＡＧＣ制御部１８の制御動作について、図２〜図４を用いて説明する。

図２は、フェージング速度ごとの受信信号の振幅を示す図である。図２（Ａ）、（Ｂ）は、横軸に経過時間を、縦軸に受信信号の振幅を示す。図２（Ａ）は、フェージング速度が比較的遅い場合の、経過時間に対する受信信号の振幅の変化２１０を示す。また、図２（Ｂ）は、フェージング速度が比較的速い場合の、経過時間に対する受信信号の振幅の変化２２０を示す。

図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、フェージング速度が速いときの方が、フェージング速度が遅いときより、単位時間における振幅の変化量が大きい。換言すると、受信信号の振幅の変化２２０の方が、振幅の変化２１０より周期が短い。

フェージング速度が遅いと、図２（Ａ）に示すように、受信信号の振幅を目標振幅Ａ２１に近づけようとしてＡＧＣアンプ１６が制御を行うことで、受信信号の振幅が飽和レベルＡ２を超えることなく目標振幅Ａ２１に収束する。たとえば、受信信号の振幅が目標振幅Ａ２１を超えると、ＡＧＣアンプ１６は利得を減少させ、受信信号の振幅を減少させる。一方、受信信号の振幅が目標振幅Ａ２１を下回ると、ＡＧＣアンプ１６は利得を増大させ、受信信号の振幅を上昇させる。かかる制御が繰り返され、受信信号の振幅が目標振幅Ａ２１に収束する。

しかし、フェージング速度が速いと、目標振幅Ａ２１に近づけようとして制御を行ったとしても、振幅の変化に制御が追従しない場合がある。たとえば、図２（Ｂ）に示すように、受信信号の振幅が目標振幅Ａ２１を超えたときに、ＡＧＣアンプ１６が受信信号の振幅を目標振幅Ａ２１まで減少させるために利得を減少させたとしても、受信信号の振幅の変化２２０に制御が追従せず、受信信号の振幅が飽和レベルＡ２を超えることがある（２４０）。すると受信特性の劣化につながる。

そこで、本実施形態では、ＡＧＣ制御部１８は、フェージング速度に応じて、ＡＧＣアンプ１６の目標振幅を変更する。

図３は、目標振幅の変更について説明するための図である。図３（Ａ）、（Ｂ）は、横軸に経過時間を、縦軸に受信信号の振幅を示す。図３（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ図２（Ａ）、（Ｂ）の場合に、すなわちフェージング速度が比較的遅い場合と比較的速い場合とに対応する。そして、図３（Ａ）、（Ｂ）には、それぞれの場合における受信信号の振幅の変化３１、３２が示される。

図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ＡＧＣ制御部１８は、フェージング速度が遅い場合には目標振幅をＡ３１に、フェージング速度が速い場合には目標振幅をＡ３１より小さいＡ３２に設定する。フェージング速度が遅い場合には、目標振幅を大きめ（Ａ３１）に設定しても、受信信号の振幅の変化３１に制御が追従でき、振幅が飽和レベルＡ２を超えることなく増幅が行える。また、受信電力を高くすることができ、Ａ／Ｄ変換後の信号分解能が向上する。一方、フェージング速度が速い場合には、目標振幅を小さめ（Ａ３２）に設定することで、受信信号の振幅の変化３２に対し制御の追従が遅れたとしても、振幅が飽和レベルＡ２を超えることなく増幅が行える。よって、受信特性の劣化を防止できる。

図４は、フェージング速度と目標振幅の関係を説明する図である。図４では、横軸はフェージング速度を示し、縦軸は受信特性に対するフェージング速度の影響度と、目標振幅とを示す。影響度は、具体的には、受信信号の振幅が飽和する可能性を示し、影響度が大きくなるほど受信特性が劣化する。ここで、フェージング速度に対するその影響度４２は、フェージング速度が増大すると増加する。すなわち、フェージング速度が速くなるほど、ＡＧＣ１６の制御が追従できずに受信信号の振幅が飽和する可能性が大きくなる。よって、本実施形態では、比較的遅いフェージング速度のときは目標振幅４４を比較的大きく設定し、比較的速いフェージング速度のときは目標振幅４４を比較的小さく設定する。そうすることで、受信信号が飽和することを回避しつつ、受信電力を好適なレベルに増幅できる。

目標振幅は、たとえば、基準速度Ｔｈを予め実験やシミュレーションに基づいて設定しておき、フェージング速度が基準速度Ｔｈを上回るときには図３（Ｂ）で示した目標振幅Ａ３２を設定し、フェージング速度が基準速度Ｔｈ以下のときにはＡ３２より大きい図３（Ａ）で示した目標振幅Ａ３１に目標振幅を切り替えて設定することが可能である。あるいは、さらに、複数の基準速度を設けておき、目標振幅を段階的に切り替えてもよい。たとえば、基準速度ＴｈとＴｈより大きいＴｈ´（図示省略）を設定しておき、フェージング速度がＴｈ以下のときは第１の目標振幅、Ｔｈより大きくＴｈ´以下のときは第１の目標振幅より小さい第２の目標振幅、そしてＴｈ´より大きいときは第２の目標振幅より小さい第３の目標振幅というように切替えを行うことが可能である。ＡＧＣ制御部１８は、たとえば、基準速度と目標振幅とが対応付けられたマップデータを予め内部のメモリに格納している。そして、メモリからかかるデータがプロセッサにより読み出されて、フェージング速度と基準速度との比較に基づいて対応する目標振幅が決定される。そして、決定された目標振幅ごとに、受信信号の振幅と利得とを対応付けたデータテーブルが切り替えられ、受信信号に応じた利得が決定されてＡＧＣアンプ１６に設定される。

なお、図４では、フェージング速度とその影響度４２、及びフェージング速度ごとの目標振幅４４を直線で示し、その交点にＴｈが設定された例を示した。しかし、フェージング速度とその影響度は必ずしも線形に変化しなくてもよい。また、目標振幅４４は、上述のように段階的に切り替えられるので、図４は、フェージング速度が速くなるほど小さい目標振幅が設定されることを概念的に示す例と理解されたい。

図５は、本実施形態における受信装置１０の、目標振幅の設定手順を示すフローチャート図である。この手順は、たとえば、数マイクロ秒〜数十マイクロ秒といった周期で定期的にＡＧＣ制御部１８により実行される。

ＡＧＣ制御部１８は、ＲＦ部１４から受信信号が入力されると（Ｓ５００）、フェージング速度検出部２３から入力されるフェージング速度を示すデータに基づいて、フェージング速度が基準速度より速いか否かを判断する（Ｓ５０１）。ここでは、基準速度が１つの場合（たとえば図４で示したＴｈ）の処理が示される。

フェージング速度が基準速度より速い場合（Ｓ５０１のＹｅｓ）、ＡＧＣ制御部１８は、小さい目標振幅を設定する（Ｓ５０２）。一方、フェージング速度が基準速度以下の場合（Ｓ５０１のＮｏ）、ＡＧＣ制御部１８は、大きい目標振幅を設定する（Ｓ５０４）。

ＡＧＣ制御部１８は、受信信号の入力が終了するまで上記の処理を繰り返し（Ｓ５０６のＮｏ）、受信信号の入力が終了すると（Ｓ５０６のＹｅｓ）、本制御サイクルを終了する。

そして、図５の制御サイクルの後、ＡＧＣ制御部１８は、目標振幅に応じたテーブルデータＴＢＬを用いて、受信信号を目標振幅に近づけるような利得を決定して、ＡＧＣアンプ１６に設定する。

このように、本実施形態における受信装置、及びその制御方法によれば、フェージング速度が速い場合であっても、ＡＧＣアンプの出力を容易に目標振幅に収束でき、好適な受信特性を得ることができる。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

１０ 受信装置
１２ アンテナ
１４ ＲＦ部
１６ ＡＧＣアンプ
１８ ＡＧＣ制御部
２０ Ａ／Ｄ変換器
２２ 直交検波部、
２３ フェージング速度検出部
２４ 復調部

Claims (5)

1. 入力される受信信号の振幅を目標振幅に近づくような利得で増幅するＡＧＣアンプと、
   増幅された前記受信信号から求められる当該受信信号のフェージング速度を示すデータに基づいて前記ＡＧＣアンプの前記目標振幅を設定し、設定した前記目標振幅ごとに前記受信信号の振幅に応じた利得を前記ＡＧＣアンプに設定する制御部と、
   を有する受信装置。
2. 請求項１において、
   前記制御部は、第１のフェージング速度のときに第１の目標振幅を、前記第１のフェージング速度より遅い第２のフェージング速度のときに前記第１の目標振幅より大きい第２の目標振幅を設定する、
   受信装置。
3. 請求項１または２において、
   増幅された前記受信信号を直交検波し、前記受信信号のフェージング速度を示すＩＱデータを取得して前記制御部に送る検波部をさらに有する、
   受信装置。
4. 入力される受信信号の振幅が目標振幅に近づくような利得で当該受信信号をＡＧＣアンプにて増幅する工程と、
   増幅された前記受信信号から当該受信信号のフェージング速度を示すデータを取得する工程と、
   前記フェージング速度に基づいて前記ＡＧＣアンプの前記目標振幅を設定し、設定した前記目標振幅ごとに前記受信信号の振幅に応じた利得を前記ＡＧＣアンプに設定する制御工程と、
   を有する受信装置の制御方法。
5. 請求項４において、
   前記制御工程では、第１のフェージング速度のときに第１の目標振幅を、前記第１のフェージング速度より遅い第２のフェージング速度のときに前記第１の目標振幅より大きい第２の目標振幅を前記ＡＧＣアンプに設定する、
   受信装置の制御方法。

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