JP4196380B2 - 無線受信装置 - Google Patents

Description

この発明は、無線受信装置に関し、より特定的には、移動体通信システムにおいて、例えばその基地局に用いられる無線受信装置に関する。

無線受信装置においては、伝搬途上で大きく減衰を受けた受信信号のレベルを所望のレベルに収束させるための自動利得制御（Automatic Gain Control：ＡＧＣ）が広く採用されている（例えば、特許文献１参照）。

図３は、ＡＧＣが採用された従来の無線受信装置の一例として、例えばＰＨＳ（Personal Handyphone System）のような移動体通信システム（その基地局または移動局）に用いられる無線受信装置の構成を示す機能ブロック図である。

図３を参照して、無線受信装置は、アンテナ１と、低雑音増幅器（以下、「ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）とも称する）２と、受信ミキサ３と、可変利得増幅器４と、ＩＦミキサ５と、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器６と、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタ７と、復調部８と、ベースバンド部１１とを備える。

アンテナ１で受信されたＰＨＳの各フレームのバースト信号は、ＬＮＡ２で低雑音増幅されて受信ミキサ３へ出力される。受信ミキサ３は、ＬＮＡ２から受ける信号を図示しない局部発振回路から受ける局部発振信号と混合し、所定の周波数帯のアナログ受信信号に周波数変換される。

このアナログ受信信号は、可変利得増幅器４によって増幅される。無線受信装置は、この可変利得増幅器４の利得を制御する部位として、ＡＧＣ処理部９と、帰還部１２と、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器１３とをさらに備える。

可変利得増幅器４で増幅されたアナログ受信信号は、ＩＦミキサ５に与えられ、ＲＦより周波数の低い中間周波数（ＩＦ）のアナログ受信信号に変換される。さらに、アナログ受信信号は、Ａ／Ｄ変換器６によってデジタル信号に変換される。デジタル信号は、帯域制限のためにＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタ７に与えられる。

ＦＩＲフィルタ７の出力は、復調部８に与えられるとともに、ＡＧＣ処理部９に与えられる。なお、復調部８およびＡＧＣ処理部９の機能は、ディジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）１０を用いてソフトウェアで実現される。

復調部８は、ＦＩＲフィルタ７の出力信号に、所定の変調方式（例えば、π／４ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying））方式に応じた復調処理を施す。さらに、復調部８の出力は、ベースバンド部１１に与えられて所定の信号処理（例えば、同期処理、伝搬路推定、アダプティブアレイのウェイト推定など）が施される。

ＡＧＣ処理部９は、与えられたＦＩＲフィルタ７のデジタル出力を監視し、当該フレームにおけるアナログ受信信号の電力レベルが所定のレベルに収束するように、可変利得増幅器４の可変利得を調整する制御出力を発生して、可変利得増幅器４の利得制御入力に与える。

詳細には、図３に示すように、ＡＧＣ処理部９の制御出力は、帰還部１２を経由した後、Ｄ／Ａ変換器１３によってアナログの制御信号に変換される。このアナログ制御信号に応答して、可変利得増幅器４の利得が調整される。
特開２００３−１５８５５７号公報

このように、従来の無線受信装置では、ＡＧＣ処理部９は、受信した各フレームのバースト信号をＦＩＲフィルタ７を経由して受信しながらその受信電力レベル情報を測定し、可変利得増幅器４の利得調整に用いている。なお、各フレームにおいて、上述のＡＧＣ動作によってアナログ受信信号レベルを所定のレベルに収束させるためには、通常、各フレームの開始時点から数シンボル程度の時間を要する。例えばＰＨＳのような移動体通信システムでは、この時間は５シンボル程度とされる。

例えばＰＨＳの信号フォーマットでは、各フレームの先頭部分には、バースト信号の立上りの過渡状態に対応するバースト過渡応答期間（Ｒ）に続いて、プリアンブル（ＰＲ）、ユニークワード（ＵＷ）などの既知の信号区間があり、この区間の既知の信号を用いて前述の種々の信号処理が実行される。

このため、ＡＧＣ動作は、この既知の信号区間が開始する時点において完了していることが必要である。この理由を説明するために、ＡＧＣ動作に要する時間が既知の信号区間の一部にまで及んだ場合を考える。

先述のＡＧＣ動作に要する時間の間に、可変利得増幅器４の出力をＡ／Ｄ変換器６によってデジタル変換することによって得られる各フレームのデジタル信号の先頭の数シンボルは、不正な振幅値となることがある。したがって、この時間が既知の信号区間の一部に及ぶと、当該一部の信号区間には振幅値の不正なデジタル信号が含まれることになる。デジタル信号の振幅値が不適切であれば、シンボル点を正しく認識できないため、上記の信号処理において受信エラーが生じてしまう。よって、この受信エラーを回避するためには、ＡＧＣ動作は、既知の信号区間の開始時点で完了していなければならない。

ここで、図３のＦＩＲフィルタ７は、図示は省略するが、フィルタ特性を表わすタップ係数のそれぞれに対応する複数段の遅延素子を含む。このため、可変利得増幅器４が受信信号を受けるタイミングと、ＡＧＣ処理部９がＦＩＲフィルタ７を介して受信信号を受けるタイミングとの間には、所定の時間量の遅延が生じる。この遅延量は、例えばＰＨＳにおける無線受信装置において、通常２シンボル程度とされる。

したがって、ＡＧＣ動作は、このＦＩＲフィルタ７の遅延量に相当する時間をさらに必要とすることとなり、受信信号の先頭部分において、先述の不適切な振幅値による受信エラーを招く要因となる。

しかしながら、既知の信号区間の一部の区間において振幅値が不正なデジタル信号が含まれている場合であっても、変調方式として周知のπ／４ＱＰＳＫ方式が採用されているときには、信号処理時に受信エラーは発生する頻度は比較的低い。

なぜなら、この方式ではデジタル信号の位相成分のみに基づいて判定するため、デジタル信号の振幅値が不適切であったとしても、シンボル点が正しく認識され、後段の信号処理に受信エラーが生じる可能性が低いからである。

ところで、最近の移動体通信システムでは、データ通信のように、従来の音声通信に比べて高品質、大容量の伝送が求められており、π／４ＱＰＳＫ方式に比べてより多値の変調方式の適用が検討されている。

多値変調方式の一例として、周知の１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）方式が既にある種のデータ通信で実用化されている。この１６ＱＡＭ方式では、受信信号のシンボル点は、ＩＱ座標平面上で各象限ごとに４個格子形に配置された、座標平面全体で合計１６個の信号点のいずれかに対応している。すなわち、この方式では、デジタル信号の位相成分および振幅成分の双方に基づいてシンボル点の判定が行なわれる。

このため、ＰＨＳの変調方式としてこの１６ＱＡＭ方式を採用した場合、デジタル信号の振幅値が不適切であれば、ベースバンド部において、あるシンボル点が同一位相で振幅値の異なる別のシンボル点と誤って認識されることとなり、後段の信号処理において受信エラーが生じることになる。

さらに、ＰＨＳのような移動体通信システムでは、伝送データ容量を確保するため、既知の信号区間は信号フォーマットの規格によって、各フレーム先頭の数シンボルの短い区間に限定されているため、１６ＱＡＭ方式のような多値変調方式を採用した場合、既知信号区間内の大きな区間で振幅値が不正となり、デジタル信号処理時に受信エラーが生じてしまうという問題があった。

それゆえ、この発明の目的は、限られた既知信号区間を含む信号フォーマットを有する移動体通信システムにおいて、ＡＧＣ処理に起因する受信エラーの発生を防止した無線受信装置を提供することである。

本課題を解決するために本発明は、既知の信号区間を先頭部分に有する信号系列からなる受信信号を処理する無線受信装置であって、アナログの前記受信信号を可変利得で増幅する増幅手段と、前記増幅されたアナログの受信信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換手段と、前記デジタル信号を帯域制限するフィルタ手段と、前記フィルタ手段の出力が結合され、前記帯域制限されたデジタル信号に所定の変調方式に応じた復調処理を施す復調処理手段と、前記増幅手段において増幅された受信信号のレベルに応じて、前記可変利得を制御する制御出力を前記増幅手段に与える利得制御手段と、前記アナログ／デジタル変換手段および前記フィルタ手段のうちいずれか一方の出力を、選択的に前記利得制御手段に出力するスイッチ手段と、前記スイッチ手段における選択出力動作のタイミングを指示する制御信号の発生手段と、前記復調処理手段により出力された各受信信号の信号系列の開始時点を起算点として、基準クロックに応じて前記起算点からのシンボル数を計数する計数手段とを備え、前記制御信号の発生手段は、各信号系列の開始時点にて第1の制御信号を発生し、そして前記計数手段によって計数されたシンボル数が所定の設定値に達した場合に第2の制御信号を発生し、前記スイッチ手段は、前記第１の制御信号に応答して、前記アナログ／デジタル変換手段の出力を前記利得制御手段に出力し、前記第２の制御信号に応答して、前記フィルタ手段の出力を前記利得制御手段に出力し、前記所定の設定値は、前記利得制御手段が前記受信信号の先頭部分における可変利得の処理に必要とされる信号区間長に相当することを特徴とする。

この発明の別の局面によれば、既知の信号区間を先頭部分に有する信号系列からなる受信信号を処理する無線受信装置であって、アナログの前記受信信号を前記受信信号の電力レベルに基づいて可変利得で増幅する増幅手段と、前記増幅されたアナログの受信信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換手段と、前記デジタル信号を帯域制限するフィルタ手段と、前記フィルタ手段の出力が結合され、前記帯域制限されたデジタル信号に所定の変調方式に応じた復調処理を施す復調処理手段と、前記増幅手段において増幅された受信信号のレベルに応じて、前記可変利得を制御する制御出力を前記増幅手段に与える利得制御手段と、前記アナログ／デジタル変換手段および前記フィルタ手段のうちいずれか一方の出力を、選択的に前記利得制御手段に出力するスイッチ手段と、前記スイッチ手段における選択出力動作のタイミングを指示する制御信号の発生手段と、前記復調処理手段により出力された各受信信号の信号系列の開始時点を起算点として、基準クロックに応じて前記起算点からのシンボル数を計数する計数手段とを備え、前記制御信号の発生手段は、各信号系列の開始時点にて第1の制御信号を発生し、そして前記計数手段によって計数されたシンボル数が所定の設定値に達した場合に第2の制御信号を発生し、前記スイッチ手段は、前記第１の制御信号に応答して、前記アナログ／デジタル変換手段の出力を前記利得制御手段に出力し、前記第２の制御信号に応答して、前記フィルタ手段の出力を前記利得制御手段に出力し、前記所定の設定値は、前記利得制御手段が前記受信信号の先頭部分における可変利得の処理に必要とされる信号区間長に相当することを特徴とする。

以上のように、この発明によれば、ＡＧＣ処理を高速化でき、ＡＧＣ処理時間に起因する受信エラーの発生を防止して通話品質を高めることができる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による、例えばＰＨＳのような移動体通信システムの基地局に適用される無線受信装置の構成を示す機能ブロック図である。

図１に示した無線受信装置は、図３に示した従来の無線受信装置と以下の部分を除いて同じである。すなわち、Ａ／Ｄ変換器６の出力するデジタル信号は、ＦＩＲフィルタ７を介さずに直接ＡＧＣ処理部９に入力される。

一方、復調部８に対しては、従来の無線受信装置と同様に、ＦＩＲフィルタ７を経て帯域制限されたデジタル信号が入力される。

このような構成とすることにより、ＡＧＣ処理部９にデジタル信号が入力されるタイミングは、ＦＩＲフィルタ７による遅延を含まず、受信アンプ４の入力タイミングとほぼ同じとなる。したがって、ＡＧＣ処理部９は、得られた受信信号の電力レベルに基づいて、可変利得増幅器４の利得をリアルタイムで制御することができ、従来の無線受信装置と比較してＡＧＣ処理の高速化が図られる。

この結果、受信信号は、各フレームの先頭部分から適切な振幅値に調整されることになり、既知の信号区間に不正な振幅値が生じることによる受信エラーの発生を抑えることができる。これは、特に、既知の信号区間の区間長が制限される移動体通信システムにおいて有効である。

以上のように、この発明の実施の形態１によれば、ＡＧＣ処理が高速化されることにより、ＡＧＣ処理に起因する受信エラーの発生を防止し、通話品質を高めることができる。

［実施の形態２］
図２は、この発明の実施の形態２による無線受信装置の構成を示す機能ブロック図である。

図２を参照して、無線受信装置は、図１に示した実施の形態１に係る無線受信装置と以下の部分を除いて同じである。すなわち、本実施の形態に係る無線受信装置は、Ａ／Ｄ変換器６とＡＧＣ処理部９との間に配置されるスイッチ回路１４と、スイッチ回路１４のスイッチング動作を制御する制御信号を発生するタイミング生成部１５とをさらに備える。

スイッチ回路１４は、タイミング生成部１５の発生する制御信号に応答して、ＡＧＣ処理部９の入力をＡ／Ｄ変換器６の出力およびＦＩＲフィルタ７の出力のいずれか一方に選択的に結合させる。

なお、ＦＩＲフィルタ７は、図２に示すように、並列する２つの出力を有し、第１の出力は、ＤＳＰ１０内の復調部８に接続され、第２の出力は、スイッチ回路１４に接続される。

スイッチ回路１４において、ＡＧＣ処理部９の入力とＡ／Ｄ変換器６の出力とが結合されるときには、デジタル信号が直接ＡＧＣ処理部９に伝達される。このとき、ＡＧＣ処理部９に入力されるデジタル信号には、実施の形態１と同様に、ＦＩＲフィルタ７による遅延量が含まれない。

一方、ＡＧＣ処理部９の入力とＦＩＲフィルタ７の出力とが結合されるときには、デジタル信号は、帯域制限された後に、ＡＧＣ処理部９に与えられる。このとき、ＡＧＣ処理部９に入力されるデジタル信号は、ＦＩＲフィルタ７による遅延量が含まれる。

タイミング生成部１５は、ベースバンド部１１に配され、基準クロックをカウントソースとしてカウント動作を行なう。カウント値が所定の設定値に達したタイミングに応じて制御信号を出力し、スイッチ回路１４の結合状態を切替える。

詳細には、各フレームの先頭を起算点とし、基準クロックに応じてシンボル点をカウントする。カウント値がＡＧＣ処理に必要とされる信号区間長（例えば５シンボル）に至るまでは、タイミング生成部１１は、第１の論理状態の制御信号を出力する。スイッチ回路１４は、この第１の論理状態の制御信号に応答して、Ａ／Ｄ変換器６の出力とＡＧＣ処理部９の入力とを選択的に結合する。これにより、Ａ／Ｄ変換器６からのデジタル信号は、直接ＡＧＣ処理部９に入力され、ＦＩＲフィルタ７による遅延の影響を受けることなく、高速にＡＧＣ処理が施される。

さらに、カウント値が上記の信号区間長に達すると、タイミング生成部１５は、第２の論理状態の制御信号を出力する。スイッチ回路１４は、この第２の論理状態の制御信号に応答して、ＦＩＲフィルタ７の出力とＡＧＣ処理部９の入力とを結合する。これにより、Ａ／Ｄ変換器６からのデジタル信号は、ＦＩＲフィルタ７で帯域制限されてＡＧＣ処理部９に入力される。

なお、このタイミングでは、受信信号の各フレームの開始直後における利得制御が終了し、受信信号は、振幅値が安定した定常状態にある。定常状態では、受信信号の変動は小さく、可変利得増幅器４の利得制御量の変化も小さい。そのため、ＦＩＲフィルタ７による遅延の影響は少ないと判断できる。

以上のように、この発明の実施の形態２によれば、受信信号の各フレームの先頭部分はリアルタイムに利得制御されることから、ＡＧＣ処理における不適切な振幅値に起因する受信エラーの発生を防止し、通話品質を高めることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１による無線受信装置の構成を示す機能ブロック図である。 この発明の実施の形態２による無線受信装置の構成を示す機能ブロック図である。 従来の無線受信装置の構成を示す機能ブロック図である。

符号の説明

１ アンテナ、２ ＬＮＡ、３ 受信ミキサ、４ 可変利得増幅器、５ ＩＦミキサ、６ Ａ／Ｄ変換器、７ ＦＩＲフィルタ、８ 復調部、９ ＡＧＣ処理部、１０ ＤＳＰ、１１ ベースバンド部、１２ 帰還部、１３ Ｄ／Ａ変換器、１４ スイッチ回路、１５ タイミング生成部。

Claims (2)

1. 既知の信号区間を先頭部分に有する信号系列からなる受信信号を処理する無線受信装置であって、
   アナログの前記受信信号を可変利得で増幅する増幅手段と、
   前記増幅されたアナログの受信信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換手段と、
   前記デジタル信号を帯域制限するフィルタ手段と、
   前記フィルタ手段の出力が結合され、前記帯域制限されたデジタル信号に所定の変調方式に応じた復調処理を施す復調処理手段と、
   前記増幅手段において増幅された受信信号のレベルに応じて、前記可変利得を制御する制御出力を前記増幅手段に与える利得制御手段と、
   前記アナログ／デジタル変換手段および前記フィルタ手段のうちいずれか一方の出力を、選択的に前記利得制御手段に出力するスイッチ手段と、
   前記スイッチ手段における選択出力動作のタイミングを指示する制御信号の発生手段と、
   前記復調処理手段により出力された各受信信号の信号系列の開始時点を起算点として、基準クロックに応じて前記起算点からのシンボル数を計数する計数手段とを備え、
   前記制御信号の発生手段は、
   各信号系列の開始時点にて第1の制御信号を発生し、そして前記計数手段によって計数されたシンボル数が所定の設定値に達した場合に第2の制御信号を発生し、
   前記スイッチ手段は、
   前記第１の制御信号に応答して、前記アナログ／デジタル変換手段の出力を前記利得制御手段に出力し、前記第２の制御信号に応答して、前記フィルタ手段の出力を前記利得制御手段に出力し、
   前記所定の設定値は、
   前記利得制御手段が前記受信信号の先頭部分における可変利得の処理に必要とされる信号区間長に相当すること
   を特徴とする無線受信装置。
2. 既知の信号区間を先頭部分に有する信号系列からなる受信信号を処理する無線受信装置であって、
   アナログの前記受信信号を前記受信信号の電力レベルに基づいて可変利得で増幅する増幅手段と、
   前記増幅されたアナログの受信信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換手段と、
   前記デジタル信号を帯域制限するフィルタ手段と、
   前記フィルタ手段の出力が結合され、前記帯域制限されたデジタル信号に所定の変調方式に応じた復調処理を施す復調処理手段と、
   前記増幅手段において増幅された受信信号のレベルに応じて、前記可変利得を制御する制御出力を前記増幅手段に与える利得制御手段と、
   前記アナログ／デジタル変換手段および前記フィルタ手段のうちいずれか一方の出力を、選択的に前記利得制御手段に出力するスイッチ手段と、
   前記スイッチ手段における選択出力動作のタイミングを指示する制御信号の発生手段と、
   前記復調処理手段により出力された各受信信号の信号系列の開始時点を起算点として、基準クロックに応じて前記起算点からのシンボル数を計数する計数手段とを備え、
   前記制御信号の発生手段は、
   各信号系列の開始時点にて第1の制御信号を発生し、そして前記計数手段によって計数されたシンボル数が所定の設定値に達した場合に第2の制御信号を発生し、
   前記スイッチ手段は、
   前記第１の制御信号に応答して、前記アナログ／デジタル変換手段の出力を前記利得制御手段に出力し、前記第２の制御信号に応答して、前記フィルタ手段の出力を前記利得制御手段に出力し、
   前記所定の設定値は、
   前記利得制御手段が前記受信信号の先頭部分における可変利得の処理に必要とされる信号区間長に相当すること
   を特徴とする無線受信装置。

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