JP4071781B2 - 自動利得制御回路、自動利得制御方法およびバースト受信モデム - Google Patents

Description

本発明は、例えばバースト信号を受信するバースト受信モデムに適用され、その受信信号レベルに応じて受信信号レベルを所望レベルに調整する自動利得制御回路および自動利得制御方法に関し、さらにその自動利得制御回路を含むバースト受信モデムに関する。

従来の自動利得制御回路（ＡＧＣ回路）としては、フィードフォワード型ＡＧＣ回路と、フィードバック型ＡＧＣ回路と、フィードフォワード型とフィードバック型を組み合わせたＡＧＣ回路（特許文献１）が存在する。

図２は、フィードフォワード型ＡＧＣ回路の構成例を示す。図において、フィードフォワード型ＡＧＣ回路は、受信フィルタ回路２１、信号電力検出回路２２、フィルタ２３、フィードフォワード利得補正回路２４、可変利得増幅器２５から構成される。なお、受信フィルタ回路２１は、受信信号の雑音を除去するために復調器に通常備わっているものである。

受信信号は、まず受信フィルタ回路２１で雑音除去される。雑音除去された受信信号は信号電力検出回路２２に入力され、受信信号電力が検出される。検出された受信信号電力値はフィルタ２３で平滑化される。フィードフォワード利得補正回路２４は、フィルタ２３で平滑化された受信信号電力値を入力とし、所望のレベルに設定するように所定の補正利得係数を出力する。可変利得増幅器２５は、フィードフォワード利得補正回路２４から出力される補正利得係数に応じて、受信フィルタ回路２１で雑音除去された受信信号の利得を制御し、レベル調整された受信信号を出力する。

通常、フィードフォワード型ＡＧＣ回路ではフィルタ２３の遅延時間は小さく、受信信号に対する制御遅れは無視できるため、高速ＡＧＣとして動作させることが可能である。しかし、信号電力検出回路２２では、信号電力と雑音電力が合わせて測定されるため、低Ｃ／Ｎ環境では精度よく受信信号電力を検出できず、そのため受信信号を所望のレベルに制御することができない。したがって、低Ｃ／Ｎ環境での利用を想定する場合、復調器に通常備わっている受信フィルタ回路２１で雑音を除去してから受信信号電力を検出する構成となる。しかし、受信フィルタ回路２１の遅延時間のために、フィードフォワード型ＡＧＣ回路の高速性のメリットを十分に活かすことができない問題がある。

また、低Ｃ／Ｎ環境で動作させるためには、受信フィルタ回路２１での雑音除去とは別に、フィルタ２３で雑音を平滑化する必要がある。しかし、このフィルタ２３では非線形な処理である電力検出後の信号を平滑化するため、十分な平滑化効果を得るためには帯域幅を極めて狭くする必要がある。この場合、フィルタ２３による遅延時間が大きくなり、受信信号に対する制御遅れが無視できなくなる。

なお、フィルタ２３を信号電力検出回路２２の前段に移動し、受信信号の雑音を平滑化した後に電力検出する構成も考えられる。この場合は、フィルタ２３の帯域幅を信号電力検出回路２２の後段にあるときよりも広くし、遅延時間を小さくすることが可能であるが、それでも変調信号の帯域幅に比較すれば狭帯域である。バースト受信モデムが受信するバースト信号の搬送波再生符号部分は無変調信号のため、このような構成でも受信信号電力を正しく検出することができる。しかし、搬送波再生符号部分に続くクロック生成符号（交番信号）およびデータなどの変調信号では、検出される電力に大きな誤差が生じてＡＧＣ精度が低下することになる。図３は、バースト信号フォーマットを示す。

以上、フィードフォワード型ＡＧＣ回路では、(1) 受信信号の雑音除去のための受信フィルタ回路２１による遅れ、(2) 信号電力検出後の雑音平滑化のためのフィルタ２３による受信信号に対する制御遅れ、(3) フィルタ２３を信号電力検出回路２２の前段にもってきたときに、バースト信号の搬送波再生符号部分以外における信号電力検出誤差の増大等の問題点があった。

図４は、フィードバック型ＡＧＣ回路の構成例を示す。図において、フィードバック型ＡＧＣ回路は、受信フィルタ回路２１、信号電力検出回路２２、フィードバック利得補正回路２６、可変利得増幅器２５から構成される。なお、受信フィルタ回路２１は、受信信号の雑音を除去するために復調器に通常備わっているものである。

受信信号は、まず受信フィルタ回路２１で雑音除去される。雑音除去された受信信号は可変利得増幅器２５に入力され、フィードバック利得補正回路２６から出力される補正利得係数に応じてレベル調整された受信信号を出力する。可変利得増幅器２５の出力は分岐して信号電力検出回路２２に入力され、レベル調整された受信信号電力が検出される。フィードバック利得補正回路２６は、信号電力検出回路２２の電力検出結果を入力とし、所望のレベルになるように制御された補正利得係数を出力し、この補正利得係数が可変利得増幅器２５に入力される。

フィードバック型ＡＧＣ回路は、可変利得増幅器２５の出力信号電力を検出し、この検出電力と所望の設定電力の差分が徐々に小さくするようにフィードバック制御をかける構成である。したがって、時間の経過と共にフィードバック制御が完了すれば、出力電力は所望の設定電力と一致し、かつフィードバック制御なので変動に対する追従性が高い高精度なＡＧＣ回路を構成することができる。しかし、フィードバック制御を用いて制御出力を安定させるためには、急激なレベル制御ではなく徐々にレベル制御を行う必要があり、定常状態に至るまでにはフィードフォワード型と比べて時間がかかる。すなわち、受信信号レベルを高速に調整することはできなかった。

特許文献１に記載のフィードフォワード型とフィードバック型を組み合わせたＡＧＣ回路は、それぞれの特徴を合わせたものであり、その構成例を図５に示す。

図５において、ＡＧＣ回路は、受信フィルタ回路２１、信号電力検出回路２２ａ、フィルタ２３、フィードフォワード利得補正回路２４、可変利得増幅器２５、信号電力検出回路２２ｂ、フィードバック利得補正回路２６、加算回路２７から構成される。

受信信号は、まず受信フィルタ回路２１で雑音除去される。雑音除去された受信信号は信号電力検出回路２２ａに入力され、受信信号電力が検出される。検出された受信信号電力値はフィルタ２３で平滑化される。フィードフォワード利得補正回路２４は、フィルタ２３で平滑化された受信信号電力値を入力とし、所望のレベルに設定するように所定の補正利得係数Ａを出力する。

一方、フィードバック制御では、可変利得増幅器２５の出力を分岐して信号電力検出回路２２ｂに入力し、受信フィルタ回路２１で雑音除去された受信信号に対してレベル調整された受信信号電力が検出される。フィードバック利得補正回路２６は、信号電力検出回路２２ｂの電力検出結果を入力とし、所望のレベルになるように制御された補正利得係数Ｂを出力する。

加算回路２７は、フィードフォワード利得補正回路２４から出力される補正利得係数Ａおよびフィードバック利得補正回路２６から出力される補正利得係数Ｂを加算する。加算回路２７の出力は補正利得係数Ｃとなって可変利得増幅器２５に入力され、受信フィルタ回路２１で雑音除去された受信信号の利得を制御し、レベル調整された受信信号として出力される。

本構成のＡＧＣ回路では、フィードフォワード利得補正回路２４から出力される補正利得係数Ａをフィードバック利得補正回路２６から出力される補正利得係数Ｂを用いて徐々に補正することになり、フィードフォワード型の高速性とフィードバック型の追従性の利点を合わせることができる。
特開平８−２９３７４８号公報

図５に示すフィードバック型とフィードフォワード型を組み合わせたＡＧＣ回路は、フィードフォワード型ＡＧＣ回路で生じる長周期の誤差をフィードバック型ＡＧＣ回路で補正する構成であるが、前述したフィードフォワード型ＡＧＣ回路における(1) 〜(3) の問題点は改善されていない。特に、(3) のフィルタ２３を信号電力検出回路２２ａの前段に設けた場合は、搬送波再生符号とクロック再生符号の切り替わり時点でフィードフォワード利得補正回路２４からの補正利得係数Ａが急峻に変動するため、フィードバック利得補正回路２６による誤差補正が追従できず、補正誤差が大きくなる問題があった。

本発明は、バースト受信モデムにおいて、低Ｃ／Ｎ環境でも高速かつ高精度にバースト信号のレベルを所望レベルに調整することができる自動利得制御回路、自動利得制御方法およびバースト受信モデムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の自動利得制御回路は、受信信号を入力し、受信信号レベルに応じて予め定められた値をとる第一の補正利得係数を出力するフィードフォワード利得補正手段と、受信信号を入力し、後段からの第二の補正利得係数によって受信信号レベルを補正して出力する第一の利得可変手段と、第１の利得可変手段の出力を入力し、その出力レベルが一定となるように制御された第二の補正利得係数を出力するフィードバック利得補正手段と、第一の補正利得係数および第二の補正利得係数のうち、小さい補正利得係数を選択して出力する選択手段と、受信信号を入力し、選択手段で選択された補正利得係数によって受信信号レベルを補正して出力する第二の利得可変手段とを備える。

フィードフォワード利得補正手段は、通過帯域が変調信号の帯域幅より狭い狭帯域フィルタを含み、狭帯域フィルタを通過した受信信号レベルに応じて第一の補正利得係数を決定する構成としてもよい（請求項２）。

請求項３に記載の自動利得制御方法は、受信信号を入力するフィードフォワード利得補正手段で、受信信号レベルに応じて予め定められた値をとる第一の補正利得係数を出力し、受信信号を入力する第一の利得可変手段で、後段からの第二の補正利得係数によって受信信号レベルを補正し、第一の利得可変手段の出力信号を入力するフィードバック利得補正手段で、第一の利得可変手段の出力信号レベルが一定となるように制御された第二の補正利得係数を出力し、選択手段で、第一の補正利得係数および第二の補正利得係数のうち、小さい補正利得係数を選択して出力し、受信信号を入力する第二の利得可変手段で、選択手段で選択された補正利得係数によって受信信号レベルを補正して出力する。

フィードフォワード利得補正手段は、通過帯域が変調信号の帯域幅より狭い狭帯域フィルタを含み、狭帯域フィルタを通過した受信信号レベルに応じて第一の補正利得係数を決定するようにしてもよい（請求項４）。

本発明のバースト信号を受信するバースト受信モデムは、請求項１に記載の自動利得制御回路を備える（請求項５）。

本発明のバースト信号を受信するバースト受信モデムは、請求項２に記載の自動利得制御回路を備える（請求項６）。

本発明は、フィードフォワード利得補正手段とフィードバック利得補正手段を独立させ、それぞれで得られる補正利得係数の一方（小さい方）を選択するアルゴリズムにより、受信信号のレベル補正を行うことができる。これにより、低Ｃ／Ｎ環境でも高速かつ高安定かつ高精度にバースト信号に対するＡＧＣを簡易な構成で実現することができる。

また、本発明は、フィードフォワード利得補正手段において、狭帯域フィルタの出力信号の電力によって利得を決定することにより、信号電力検出前の雑音の平滑化が可能になり、高速なフィードフォワード利得補正に供することができる。

図１は、本発明の自動利得制御回路の実施形態を示す。図において、自動利得制御回路は、受信フィルタ回路１１、狭帯域フィルタ１２、信号電力検出回路１３、フィードフォワード利得補正回路１４、可変利得増幅器１５、信号電力検出回路１６、フィードバック利得補正回路１７、比較回路１８および可変利得増幅器１９から構成される。なお、受信フィルタ回路１１は、受信信号の雑音を除去するために復調器（バースト受信モデム）に通常備わっているものである。

受信信号は２分岐され、一方が雑音除去用の狭帯域フィルタ１２に入力され、他方が受信フィルタ回路１１に入力される。狭帯域フィルタ１２で雑音除去された受信信号は信号電力検出回路１２に入力され、信号電力が検出される。検出された受信信号電力はフィードフォワード利得補正回路１４に入力され、受信信号が所望の信号電力になるように補正利得係数Ａを出力する。

一方、２分岐された他方の受信信号は受信フィルタ回路１１に入力され、雑音除去がなされる。雑音除去された受信信号は可変利得増幅器１５に入力され、フィードバック利得補正回路１７から出力される補正利得係数Ｂに応じてレベル調整された受信信号として出力される。可変利得増幅器１５の出力は信号電力検出回路１６に入力され、レベル調整された受信信号電力が検出される。フィードバック利得補正回路１７は、信号電力検出回路１６の電力検出結果を入力とし、所望のレベルになるように制御された補正利得係数Ｂを出力し、この補正利得係数Ｂは２分岐してその一方が可変利得増幅器１５に入力される。

フィードフォワード利得補正回路１４から出力された補正利得係数Ａとフィードバック利得補正回路１７から出力された補正利得係数Ｂは、比較回路１８に入力される。比較回路１８では、小さい方の係数を選択して出力する。可変利得増幅器１９は、選択された補正利得係数（ＡまたはＢ）に応じて、受信フィルタ回路１１から出力される雑音除去された受信信号の利得補正を行い、適正にレベル調整された受信信号を出力する。

本発明では、フィードフォワード利得補正回路１４とフィードバック利得補正回路１７を独立させ、受信信号レベルから補正利得係数Ａ，Ｂを出力させることが特徴である。さらに、フィードフォワード利得補正回路１４は、狭帯域フィルタ１２の出力信号の電力によって利得を決定する。狭帯域フィルタ１２は、信号電力検出前に雑音を平滑化するため、比較的帯域幅の広いものでも十分に雑音を平滑化できる。

次に、本発明の自動利得制御回路を搭載したバースト受信モデムにおけるバースト信号に対する動作について説明する。

まずバースト信号の待受け状態では、信号が入力されていないため受信信号電力としては最小値が検出され、フィードフォワード利得補正回路１４およびフィードバック利得補正回路１７もこれを補正するために最大の補正利得係数を出力する。次に、搬送波再生符号が受信開始された場合、受信信号帯域中心における狭帯域フィルタ１２と受信フィルタ回路１１の利得が等しければ、どちらの利得補正回路においても補正利得係数の定常値は同一となる。ただし、フィードフォワード利得補正回路１４は、受信フィルタ回路１１を介さない受信信号に基づき補正利得係数を決定するため、フィードバック利得補正回路１７より早い時間で定常値に到達する。したがって、フィードフォワード利得補正回路１４から出力される補正利得係数Ａが先に小さくなり、次にこれに少し遅延したような形でフィードバック利得補正回路１７からの補正利得係数Ｂが小さくなって両者とも定常値に到達する。

その後、受信信号がクロック再生符号やデータのような帯域幅を有する変調信号になると、フィードフォワード利得補正回路１４では、受信信号が狭帯域フィルタ１２を通過できないため、検出された信号電力が低下し、これをＡＧＣで補償しようと補正利得係数Ａが急激に増大するため、急速にＡＧＣ精度が落ちる（前述の(3) の問題）。これに対してフィードバック利得補正回路１７では、バースト信号のいずれの部分においても受信フィルタ回路１１を通して電力測定をしていることから、搬送波再生符号受信中に補正利得係数Ｂが定常状態になれば，その後に続くクロック再生符号やデータを受信している間も正常な補正利得係数Ｂを出し続ける。

このため、本発明による自動利得制御回路では、比較回路１８が２つの補正利得係数Ａ，Ｂのうち、常に小さい補正利得係数を選択し出力する。これにより、バースト信号の受信開始当初（搬送波再生符号）は、フィードフォワード利得補正回路１４の補正利得係数Ａを用いて高速にレベル調整を行うことができる。その後、搬送波再生符号が終了すると、フィードフォワード利得補正回路１４から出力される大きな補正利得係数Ａではなく、制御遅延はあるものの定常状態になれば変動に対して追従性が高く制御精度が高いフィードバック利得補正回路１７からの補正利得係数Ｂが選択される。したがって、本発明のように２つの補正利得係数Ａ，Ｂを適当なタイミングで自動的に切り替えることにより、バースト信号のいずれの部分においても高精度なＡＧＣが受信信号に対して適用されることになる。

本発明の自動利得制御回路の実施形態を示す図。 フィードフォワード型ＡＧＣ回路の構成例を示す図。 バースト信号フォーマットを示す図。 フィードバック型ＡＧＣ回路の構成例を示す図。 フィードフォワード型とフィードバック型を組み合わせたＡＧＣ回路の構成例を示す図。

符号の説明

１１ 受信フィルタ回路
１２ 狭帯域フィルタ
１３ 信号電力検出回路
１４ フィードフォワード利得補正回路
１５ 可変利得増幅器
１６ 信号電力検出回路
１７ フィードバック利得補正回路
１８ 比較回路
１９ 可変利得増幅器
２１ 受信フィルタ回路
２２ａ，２２ｂ 信号電力検出回路
２３ フィルタ
２４ フィードフォワード利得補正回路
２５ 可変利得増幅器
２６ フィードバック利得補正回路

Claims (6)

1. 受信信号を入力し、受信信号レベルに応じて予め定められた値をとる第一の補正利得係数を出力するフィードフォワード利得補正手段と、
   前記受信信号を入力し、後段からの第二の補正利得係数によって受信信号レベルを補正して出力する第一の利得可変手段と、
   前記第一の利得可変手段の出力を入力し、その出力レベルが一定となるように制御された前記第二の補正利得係数を出力するフィードバック利得補正手段と、
   前記第一の補正利得係数および前記第二の補正利得係数のうち、小さい補正利得係数を選択して出力する選択手段と、
   前記受信信号を入力し、前記選択手段で選択された補正利得係数によって受信信号レベルを補正して出力する第二の利得可変手段と
   を備えたことを特徴とする自動利得制御回路。
2. 請求項１に記載の自動利得制御回路において、
   前記フィードフォワード利得補正手段は、通過帯域が変調信号の帯域幅より狭い狭帯域フィルタを含み、狭帯域フィルタを通過した受信信号レベルに応じて前記第一の補正利得係数を決定する構成である
   ことを特徴とする自動利得制御回路。
3. 受信信号を入力するフィードフォワード利得補正手段で、受信信号レベルに応じて予め定められた値をとる第一の補正利得係数を出力し、
   前記受信信号を入力する第一の利得可変手段で、後段からの第二の補正利得係数によって受信信号レベルを補正し、
   前記第一の利得可変手段の出力信号を入力するフィードバック利得補正手段で、前記第一の利得可変手段の出力信号レベルが一定となるように制御された前記第二の補正利得係数を出力し、
   選択手段で、前記第一の補正利得係数および前記第二の補正利得係数のうち、小さい補正利得係数を選択して出力し、
   受信信号を入力する第二の利得可変手段で、前記選択手段で選択された補正利得係数によって受信信号レベルを補正して出力する
   ことを特徴とする自動利得制御方法。
4. 請求項３に記載の自動利得制御方法において、
   前記フィードフォワード利得補正手段は、通過帯域が変調信号の帯域幅より狭い狭帯域フィルタを含み、狭帯域フィルタを通過した受信信号レベルに応じて前記第一の補正利得係数を決定する
   ことを特徴とする自動利得制御方法。
5. バースト信号を受信するバースト受信モデムにおいて、
   請求項１に記載の自動利得制御回路を備えたことを特徴とするバースト受信モデム。
6. バースト信号を受信するバースト受信モデムにおいて、
   請求項２に記載の自動利得制御回路を備えたことを特徴とするバースト受信モデム。

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