JP3699026B2 - 無線受信機自動利得制御方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線受信機に関し、更に特定すれば、かかる受信機の自動利得制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
ハードウエアまたはソフトウエア・ループで制御する擬似対数増幅器を用いた無線周波数（ＲＦ）および中間周波数（ＩＦ）自動利得制御（ＡＧＣ）は、航空無線受信機を含む、無線機において一般に用いられている。このような技術は過去においては有用であったが、これらは、最近制定された航空無線機の新たな規格を満たすには不適当である。
【０００３】
本発明は、この必要性に取り組み、解決策を提供する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
好適な実施形態は、無線受信機において自動利得制御を行なう際に有用である。このような環境では、無線周波数信号を受信し、第１信号に変換し、中間周波数信号にダウン・コンバートする。中間周波数信号を第２信号に変換し、更にベースバンド信号に変換する。第１信号に応答して第１制御信号を発生し、第２信号に応答して第２制御信号を発生する。第１制御信号は、無線周波数信号を第１所定値に制限し、第２制御信号は中間周波数信号を第２所定値に制限する。同様に、ベースバンド信号を第３所定値に制限する。
【０００５】
前述の技術を用いることにより、これまでには知られていなかった精度で無線受信機の利得を制御することが可能となる。時定数設定の柔軟性を高め、ＲＦ、ＩＦおよびベースバンドＡＧＣゾーン間の相互作用を減少させることができる。１１８ないし１３７ＭＨｚ範囲の無線周波数信号に対して、好適な実施形態は強い干渉を２ＭＨｚ以内に減衰させることができる。約１２１．４ＭＨｚの中間周波数信号では、好適な実施形態を用いると、４０デシベルのダイナミック・レンジにわたってＡ−Ｄ変換器に適正に負荷をかけることができる。同様に、ベースバンド周波数では、無線周波数および中間周波数ＡＧＣに対して少なくとも６５デシベルのダイナミック・レンジを得ることができる。
【０００６】
本発明の別の実施形態によれば、ディジタル処理を用いることによって、無制限のダイナミック・レンジおよび浮動小数点演算でＡＧＣを実施することが可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、航空無線受信機１０の好適な形態は、無線周波数減衰器１４を備え、導体１２上の無線周波数入力信号を受信する。無線周波数入力信号は、キャリア（搬送波）信号から成る。減衰無線周波数（ＲＦ）信号は、同調したバンド・パス・フィルタ１６を備えるプリセレクタによって処理される。フィルタ処理された無線周波数信号は、対数増幅電力検波（検出）器１８によって対数的に検知される。検波（検出）された信号は、導体２０を通じて、１４ビット・アナログーディジタル変換器（コンバータ）に伝送され、アナログーディジタル変換器は導体２０上の検出信号を毎秒１キロサンプルのレートでサンプリングする。
【０００８】
また、検出信号は、無線周波数で中間周波数（ＩＦ）ダウン・コンバータ２２にも伝送される。ＩＦダウン・コンバータ２２は、この信号を約１２１．４ＭＨｚの周波数にダウン・コンバートする。ＩＦダウン・コンバート信号は、次に、固定バンド・パス・フィルタ２４を通過し、中間周波数対数減衰器２６によって減衰される。減衰信号は、１４ビット・アナログーディジタル変換器２８に伝送され、１４ビット・アナログーディジタル変換器２８は減衰信号を毎秒５０メガサンプルのレートでサンプリングする。変換されたディジタルＩＦ信号は、次に、ディジタル・プロセッサ３０によって、毎秒１キロサンプルのレートでサンプリングするためにフィルタ処理される。ディジタル・プロセッサ３０は、ディジタル信号プロセッサ、マイクロプロセッサ、またはディジタル処理が可能なその他論理ユニットの組み合わせで構成することができる。
【０００９】
例えば、プロセッサ３０は、信号処理現場（フィールド）プログラム可能ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）で構成することができ、前述のフィルタ処理機能を実行し、次いでブロック３２に示すようにＩＦ信号をベースバンド信号にダウン・コンバートする。同様に、プロセッサは、種々の動作を実行する８２４０Ｐｏｗｅｒ ＰＣ３４を含んでもよい。例えば、プロセッサ３４は変換器２１から受け取った信号に応答して、第１制御信号を発生する。第１制御信号は、減衰器１４が無線周波数信号を第１の値に制限するために用いることができる。この制御信号は、導体４０を通じて減衰器１４に伝送され、フィルタ１６に対する出力レベルを−５ｄＢｍ以下に維持する二次制御ループを形成する。同様に、プロセッサ３４は、Ａ／Ｄ変換器２８からのＩＦ信号に応答して第２制御信号を発生する。第２制御信号は、導体３８上を減衰器２６に伝送され、Ａ／Ｄ変換器２８への入力電力を、変換器２８の最大入力よりも６デシベル低いレベルに維持する二次制御ループを形成する。第２制御ループは、望ましければ導体３８を含み、前段のＲＦ減衰器１４における既知の利得を利用して、導体３８を含むＩＦループにおけるスイッチング（切り替え）過渡現象を低減することができる。
【００１０】
また、プロセッサ３４は、ベースバンド信号に対して自動利得制御機能を実行する。その際、二次ループ・フィルタ・アルゴリズムによって、信号帯域幅内のベースバンド電力の推定値をフィルタ処理し、正規化する。ベースバンドＡＧＣは、主にキャリア・エネルギを用い、変調の間平滑化を行なう。望ましければ、ベースバンド・ループは、無線周波数および／またはＩＦ ＡＧＣループによって生ずる切り替え過渡現象の情報をフィルタに組み込むことによって、この切り替え過渡現象を排除することができる。前述の制御ループを実施するには、約５０ミリ秒の選択可能な時定数を有する無限インパルス応答（ＩＩＲ）単極フィルタを用いる。
【００１１】
積分に必要なアナログ・ディジタル・アーキテクチャの区分は、用いる浮動小数点演算によってのみ制限されるダイナミック・レンジを有する。好適な実施形態では、プロセッサ３０において単（シングル）精度３２ビット演算を用いる。発生する必要があるＲＦ、ＩＦおよびベースバンド制御信号は、最悪の場合直交となるので、本明細書において記載する三重ゾーン解決法は、時定数の設定およびゾーン対ゾーン相互作用の防止において、最大の柔軟性をもたらす。
【００１２】
特許請求の範囲に規定する発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、好適な実施形態は変形および変更が可能であることを当業者は理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な形態の概略機能ブロック図である。
【符号の説明】
１０ 航空無線受信機
１４ 無線周波数減衰器
１６ バンド・パス・フィルタ
１８ 対数増幅電力検波器
２２ 中間周波数（ＩＦ）ダウン・コンバータ
２４ 固定バンド・パス・フィルタ
２６ 中間周波数対数減衰器
２８ １４ビット・アナログーディジタル変換器
３０ ディジタル・プロセッサ
３２ ディジタル・ダウン・コンバータ
３４ ８２４０Ｐｏｗｅｒ ＰＣ
３６ Ｄ／Ａ変換器

Claims (11)

1. 無線受信機において、自動利得制御装置が、
   キャリア信号を含む無線周波数信号を受信する入力と、
   前記無線周波数信号を減衰させる第１減衰器と、
   前記減衰された無線周波数信号を第１信号に変換するように構成された第１変換器と、
   前記無線周波数信号を中間周波数信号にダウン・コンバートするように構成された第２変換器と、
   前記中間周波数信号を減衰させる第２減衰器と、
   前記減衰された中間周波数信号を第２信号に変換するように構成された第３変換器と、
   前記第２信号をベースバンド信号にダウン・コンバートし、前記第１信号に応答して、前記第１減衰器が前記無線周波数信号を第１所定値まで減衰させるために使用可能な第１制御信号を発生し、前記第２信号に応答して、前記第２減衰器が前記中間周波数信号を第２所定値まで減衰させるために使用可能な第２制御信号を発生し、前記ベースバンド信号に対して自動利得制御機能を実行し、前記ベースバンド信号を第３所定値に制限するように構成されたプロセッサと、
   前記第１制御信号を前記第１減衰器に伝送して第１制御ループを形成し、更に前記第２制御信号を前記第２減衰器に伝送して第２制御ループを形成するように構成された導体と、
   の組み合わせから成る無線受信機。
2. 請求項１記載の無線受信機において、
   前記第１変換器は、対数増幅検波器とアナログーディジタル変換器とを備え、
   前記第３変換器はアナログーディジタル変換器を備える、
   無線受信機。
3. 請求項１記載の無線受信機であって、更に、前記第１無線周波数信号をフィルタ処理するように構成された第１バンド・パス・フィルタを備え、
   前記プロセッサは、前記第１制御信号を発生し、前記第１減衰器が、前記第１バンド・パス・フィルタに対する出力レベルを−５ｄＢｍ以下に維持するようにし、
   前記プロセッサは、前記第２制御信号を発生し、前記第３変換器への平均入力電力が、前記第３変換器への最大電力よりも少なくとも６ｄＢ低くなるようにし、
   前記プロセッサは、前記ベースバンド電力のフィルタ処理した推定値を用い、前記ベースバンド信号に対して自動利得制御機能を実行するようにし、
   前記フィルタ処理した推定値は、キャリア・エネルギに基づく、
   無線受信機。
4. 請求項３記載の無線受信機であって、更に、前記中間周波数信号をフィルタ処理する第２バンド・パス・フィルタを備える無線受信機。
5. 請求項１記載の無線受信機であって、前記第１制御ループおよび前記第２制御ループは、二次ループである無線受信機。
6. 請求項１記載の無線受信機において、前記第１制御ループおよび前記第２制御ループは、無限インパルス応答単極フィルタを備える無線受信機。
7. 無線受信機の利得を自動的に制御する方法であって、
   キャリア信号を含む無線周波数信号を受信するステップと、
   前記無線周波数信号を第１制御信号に応答して減衰させるステップと、
   前記減衰された無線周波信号を第１信号に変換するステップと、
   前記無線周波数信号を中間周波数信号にダウン・コンバートするステップと、
   前記中間周波数信号を第２制御信号に応答して減衰させるステップと、
   前記減衰された中間周波数信号を第２信号に変換するステップと、
   プロセッサを用いて、前記第２信号をベースバンド信号にダウン・コンバートするとともに、前記第１信号に応答して、前記第１制御信号を発生して前記無線周波数信号を第１所定値まで減衰させ、前記第２信号に応答して、前記第２制御信号を発生して前記中間周波数信号を第２所定値まで減衰させ、前記ベースバンド信号に対して自動利得制御機能を実行し、前記ベースバンド信号を第３所定値に制限するステップと、
   の組み合わせから成る方法。
8. 請求項７記載の方法において、
   前記無線周波数信号を第１信号に変換するステップは、前記無線周波数信号を、当該無線周波数信号の対数検波から得られるディジタル信号に変換するステップから成り、
   前記中間周波数信号を第２信号に変換する前記ステップは、前記中間周波数信号をディジタル信号に変換するステップから成り、
   第１制御信号および第２制御信号を発生する前記ステップは、ディジタル処理によって発生するステップから成る、
   方法。
9. 請求項８記載の方法であって、更に、前記無線周波数信号のバンド・パス・フィルタ処理を行なうステップを含み、
   前記無線周波数信号を第１所定値に制限する前記ステップは、前記無線周波数信号のバンド・パス・フィルタ処理を行なう前に、前記無線周波数信号を−５ｄＢｍ以下の値に制限するステップから成る、
   方法。
10. 請求項８記載の方法において、前記中間周波数信号を第２所定値に制限する前記ステップは、前記無線周波数信号を、前記中間周波数信号の最大電力よりも少なくとも６ｄＢ低い値に制限するステップから成る方法。
11. 請求項８記載の方法において、前記ベースバンド信号を制限する前記ステップは、前記ベースバンド電力のフィルタ処理した推定値を用いて、前記ベースバンド信号を制限するステップから成り、
    フィルタ処理した推定値を用いる前記ステップは、前記キャリア信号のエネルギに基づいて推定を行なうステップを含む、
    方法。

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