JP4205104B2 - 受信機及び送受信機 - Google Patents
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Description
本発明は、携帯電話機やトランシーバ等の受信機及び送受信機に関し、特に、消費電力の削減に有効な受信機及び送受信機に関する。
携帯電話等の受信機及び送受信機は、無線高周波信号の受信部を有している。一般には、受信部に供給される電力が大きければ、受信部の最適動作点で動作させることが可能となり、受信波のNF(Noise Figure)特性(入力信号のSN比と出力信号のSN比との比)や歪み特性(入力信号の信号電圧対歪電圧比と出力信号の信号電圧対歪電圧比との比)及び受信利得が向上して受信特性が良くなる。逆に、受信部に供給される電力が小さければ、最適動作点から外れて受信特性は低下するものの、消費電力を抑えることができる。よって、受信部に供給される電力は、無線高周波信号の受信状況に応じて制御される必要がある。すなわち、無線高周波信号の受信状況が良好な場合には、受信特性の低下が伴うとしても消費電力削減を図るべきであり、無線高周波信号の受信状況が劣悪であれば、受信部への供給電力を増大させて受信特性の改善を図るべきである。
例えば下記の特許文献1においては、受信状況を示すRSSI(Receive Signal Strength Indicator)信号の検出結果に応じて受信部への供給電力が制御される技術が示されている。
しかし、RSSI信号の検出結果に応じて受信部への供給電力を制御する場合、受信部内復調器からの出力たるアナログ電圧信号を対数変換してRSSI信号を生成するログアンプ(Logarithmic Amplifier)回路、及び、そのログアンプ回路からの出力信号をA/D(Analog→Digital)変換するA/Dコンバータを、RSSI信号検出回路として余計に設ける必要があり、回路規模の増大を招く。
なお、特許文献1以外にも、本願に関連する技術を開示するものとして下記の特許文献2ないし4が存在する。
特開平5−37408号公報 特開平7−30957号公報 特表2002−522938号公報 特開2002−217774号公報
例えば下記の特許文献1においては、受信状況を示すRSSI(Receive Signal Strength Indicator)信号の検出結果に応じて受信部への供給電力が制御される技術が示されている。
しかし、RSSI信号の検出結果に応じて受信部への供給電力を制御する場合、受信部内復調器からの出力たるアナログ電圧信号を対数変換してRSSI信号を生成するログアンプ(Logarithmic Amplifier)回路、及び、そのログアンプ回路からの出力信号をA/D(Analog→Digital)変換するA/Dコンバータを、RSSI信号検出回路として余計に設ける必要があり、回路規模の増大を招く。
なお、特許文献1以外にも、本願に関連する技術を開示するものとして下記の特許文献2ないし4が存在する。
本発明は、上記のような問題点を解決し、RSSI号のような受信状況を示す信号に基づかずとも、受信部への供給電力を高精度に制御可能な受信機及び送受信機を実現することを目的とする。
本発明に係る受信機は、一定の供給電力下においてはNF(Noise Figure)特性および歪み特性を劣化させずに可変の利得値で受信波を増幅可能な可変利得増幅器(4a、8a)を含む受信部(3)と、前記受信波の受信電力に応じて前記可変利得増幅器における前記利得値を指定する利得制御信号(S5)を生成する利得制御信号生成部(21)と、制御部(12)と、メモリ(13)とを備え、前記メモリには、前記利得値に対応した、受信部への供給電力の値が記憶され、前記制御部は、前記利得制御信号により指定される前記利得値に基づいて、前記メモリに記憶された前記供給電力の値を参照することにより前記受信部に供給すべき電力を制御することを特徴としている。
本発明に係る受信機によれば、制御部は、利得制御信号により指定される利得値に基づいて、メモリに記憶された供給電力の値を参照することにより受信部に供給すべき電力を制御する。よって、RSSI信号のような受信状況を示す信号に基づかずとも、受信波の受信状況に基づいて利得値を指定する利得制御信号を援用して、受信部への供給電力を高精度に制御することができる。
本発明に係る送受信機は、一定の供給電力下においてはNF(Noise Figure)特性および歪み特性を劣化させずに可変の利得値で受信波を増幅可能な可変利得増幅器(4a、8a)を含む受信部(3)と、前記受信波の受信電力に応じて前記可変利得増幅器における前記利得値を指定する利得制御信号(S5)を生成する利得制御信号生成部(21)と、送信波を生成する送信部(10)と、前記送信波の電力を検出する送信電力検出部(11)と、制御部(12)と、メモリ(13)とを備え、前記メモリには、前記利得値と前記送信波の前記電力とに対応した、受信部への供給電力の値が記憶され、前記制御部は、前記利得制御信号により指定された前記利得値及び前記送信電力検出部での検出結果に基づいて、前記メモリに記憶された前記供給電力の値を参照することにより前記受信部に供紿すべき電力を制御することを特徴としている。
本発明に係る送受信機によれば、制御部は、利得制御信号により指定された利得値及び送信電力検出部での検出結果に基づいてメモリに記憶された供給電力の値を参照することにより受信部に供給すべき電力を制御する。よって、RSSI信号のような受信状況を示す信号に基づかずとも、受信波の受信状況に基づいて利得値を指定する利得制御信号を援用して、さらに、送信波の信号強度にも基づいて受信部への供給電力を高精度に制御することができる。
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
本発明に係る受信機は、一定の供給電力下においてはNF(Noise Figure)特性および歪み特性を劣化させずに可変の利得値で受信波を増幅可能な可変利得増幅器(4a、8a)を含む受信部(3)と、前記受信波の受信電力に応じて前記可変利得増幅器における前記利得値を指定する利得制御信号(S5)を生成する利得制御信号生成部(21)と、制御部(12)と、メモリ(13)とを備え、前記メモリには、前記利得値に対応した、受信部への供給電力の値が記憶され、前記制御部は、前記利得制御信号により指定される前記利得値に基づいて、前記メモリに記憶された前記供給電力の値を参照することにより前記受信部に供給すべき電力を制御することを特徴としている。
本発明に係る受信機によれば、制御部は、利得制御信号により指定される利得値に基づいて、メモリに記憶された供給電力の値を参照することにより受信部に供給すべき電力を制御する。よって、RSSI信号のような受信状況を示す信号に基づかずとも、受信波の受信状況に基づいて利得値を指定する利得制御信号を援用して、受信部への供給電力を高精度に制御することができる。
本発明に係る送受信機は、一定の供給電力下においてはNF(Noise Figure)特性および歪み特性を劣化させずに可変の利得値で受信波を増幅可能な可変利得増幅器(4a、8a)を含む受信部(3)と、前記受信波の受信電力に応じて前記可変利得増幅器における前記利得値を指定する利得制御信号(S5)を生成する利得制御信号生成部(21)と、送信波を生成する送信部(10)と、前記送信波の電力を検出する送信電力検出部(11)と、制御部(12)と、メモリ(13)とを備え、前記メモリには、前記利得値と前記送信波の前記電力とに対応した、受信部への供給電力の値が記憶され、前記制御部は、前記利得制御信号により指定された前記利得値及び前記送信電力検出部での検出結果に基づいて、前記メモリに記憶された前記供給電力の値を参照することにより前記受信部に供紿すべき電力を制御することを特徴としている。
本発明に係る送受信機によれば、制御部は、利得制御信号により指定された利得値及び送信電力検出部での検出結果に基づいてメモリに記憶された供給電力の値を参照することにより受信部に供給すべき電力を制御する。よって、RSSI信号のような受信状況を示す信号に基づかずとも、受信波の受信状況に基づいて利得値を指定する利得制御信号を援用して、さらに、送信波の信号強度にも基づいて受信部への供給電力を高精度に制御することができる。
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
図1は、本発明の実施の形態1に係る受信機の構成を示す図である。
図2は、実施の形態1に係る受信機の制御動作を示すフローチャートである。
図3は、RSSI信号の値−利得値−受信電界強度の関係を示すグラフである。
図4は、実施の形態1に係る受信機における低雑音増幅器及び復調器内の可変利得増幅器の増幅段の具体的構成例を示す図である。
図5は、実施の形態1に係る受信機における受信部電力制御回路の具体的構成例を示す図である。
図6は、本発明の実施の形態2に係る受信機の構成を示す図である。
図7は、実施の形態2に係る受信機の制御動作を示すフローチャートである。
図8は、実施の形態2に係る受信機における利得値−受信部供給電力の関係を示すグラフである。
図9は、本発明の実施の形態3に係る送受信機の構成を示す図である。
図10は、実施の形態3に係る送受信機における利得値−送信電力−受信部供給電力の関係を示すグラフである。
図2は、実施の形態1に係る受信機の制御動作を示すフローチャートである。
図3は、RSSI信号の値−利得値−受信電界強度の関係を示すグラフである。
図4は、実施の形態1に係る受信機における低雑音増幅器及び復調器内の可変利得増幅器の増幅段の具体的構成例を示す図である。
図5は、実施の形態1に係る受信機における受信部電力制御回路の具体的構成例を示す図である。
図6は、本発明の実施の形態2に係る受信機の構成を示す図である。
図7は、実施の形態2に係る受信機の制御動作を示すフローチャートである。
図8は、実施の形態2に係る受信機における利得値−受信部供給電力の関係を示すグラフである。
図9は、本発明の実施の形態3に係る送受信機の構成を示す図である。
図10は、実施の形態3に係る送受信機における利得値−送信電力−受信部供給電力の関係を示すグラフである。
実施の形態1.
本実施の形態は、可変利得増幅器(VGA:Variable Gain Amplifier)における利得値に基づいて受信部への供紿電力を制御する受信機である。
図1に本実施の形態に係る受信機の構成を示す。この受信機は、無線信号の受信処理を行う無線部101aと、無線部101aにて復調された後のベースバンド信号に対して処理を行うベースバンド部102aとを含む。基地局(図示せず)からの受信波は、無線部101a内のアンテナ1で受信され、無線部101a内の分波部2を介して無線部101a内の受信部3へと入力される。
受信部3は、低雑音増幅器(LNA:Low Noise Amplifier)4、BPF(Band Pass Filter)5、ミキサ6、局部発振器7、復調器8から構成される。低雑音増幅器4においては受信波が増幅され、増幅された受信波はBPF5にて所定の周波数帯域の信号として濾波される。濾波された受信波は、局部発振器7から所定周波数の信号を受けたミキサ6にて周波数変換される。そして、周波数変換された受信波は復調器8にてベースバンド信号S1に復調される。
なお、低雑音増幅器4及び復調器8内にはそれぞれ、一定の供給電力下においてはNF(Noise Figure)特性(入力信号のSN比と出力信号のSN比との比)および歪み特性(入力信号の信号電圧対歪電圧比と出力信号の信号電圧対歪電圧比との比)を劣化させずに可変の利得値で受信波を増幅可能な可変利得増幅器4a,8aが設けられている。
無線部101a内にはさらに、数十ないし数百の論理ゲートを組み合わせたロジック回路で構成された制御部12と、受信部3に供給する電力を制御部12の指示に基づいて制御する受信部電力制御回路14とが設けられている。
ベースバンド部102a内には、復調器8から出力されたベースバンド信号S1をA/D(Analog→Digital)変換し、ディジタル信号S2として出力するA/Dコンバータ15、受信波の受信電力に応じて可変利得増幅器4a,8aにおける利得値を制御する利得制御信号S5を生成する利得制御信号生成部21、および、制御部12に接続されたSRAM(Static Random Access Memory)等で構成されるメモリ13が設けられている。
利得制御信号生成部21は、演算回路17、比較回路18、利得テーブル19、減算器20を備える。演算回路17は、例えばDSP(Digital Signal Processor)で構成される演算処理可能な回路であって、ディジタル信号S2からベースバンド信号S1の電圧振幅レベルを算出し、その電圧振幅レベルの値から、無線部101a通過後の受信電力を算出する。比較回路18はディジタルコンパレータであって、演算回路17での受信電力算出結果たる信号S3を復調信号基準レベル信号LV1と比較し、その差分を信号S4として出力する。利得テーブル19は、メモリと加算器と減算器とで構成される回路であって、信号S4とメモリ内に記憶された各種パラメータとを用いて、利得制御信号S5として出力すべき利得値を算出する。利得テーブル19はまた、メモリ内に記憶された各種パラメータを用いて、アンテナ1から受信部3までのトータル利得を算出し、信号S6として出力する。減算器20は、信号S3の値から信号S6の値を減算して、算出結果をRSSI信号S7として出力する。
以下、具体数値例を用いて利得制御信号S5の生成について説明する。例えば、アンテナ1及び分波部2でのトータル電力損失を2dBとする。また、現在の受信部3でのトータル利得値が20dBに設定されているとする。
演算回路17では、A/Dコンバータ15から出力されるディジタル信号S2を所定の演算式に入れることにより、ベースバンド信号S1の電圧振幅レベルを算出し、その電圧振幅レベルの値より、無線部101a通過後の受信電力を算出する。ここでは、無線部101a通過後の受信電力の値が例えば−52dBであったとする。
比較回路18は、−52dBとの算出結果を示す信号S3と復調信号基準レベル(復調を行うのに最も適した受信電力値)信号LV1の値とを比較する。復調信号基準レベル信号LV1の値が−40dBに設定されているとすると、比較回路18は、−52dBと−40dBとの差分を計算し、その差分たる12dBとの情報を信号S4として出力する。なお、この数値例では、現在の受信電力−52dBは復調信号基準レベル−40dBには達しておらず、不十分な増幅状況にあると言える。
利得テーブル19内のメモリには、受信部3でのトータル利得値20dBとの設定情報と、アンテナ1及び分波部2でのトータル電力損失2dBとの情報とが、記憶されている。そして、利得テーブル19内の加算器は、比較回路18で算出された12dBとの差分を現在の受信部3でのトータル利得値20dBに加算する。
利得テーブル19は、その加算結果を用いて、現在の受信部3でのトータル利得値20dBからあと12dB上昇させた32dBという利得値の情報を、利得制御信号S5として受信部3に出力する。また、利得テーブル19内の減算器は、現在の受信部3でのトータル利得値20dBからアンテナ1及び分波部2でのトータル電力損失2dBを差し引いた18dBとの値(これは、アンテナ1、分波部2及び受信部3でのトータル利得値を示す)の情報を信号S6として減算器20に出力する。
減算器20は、信号S3の内容たる−52dBとの値から信号S6の内容たる18dBとの値を減算し、アンテナ1が受けている受信波の現在の受信電力が−70dBであると算出する。この算出結果がRSSI信号S7となる。
次に、本実施の形態にかかる受信機の動作について説明する。図2は、本実施の形態に係る受信機の制御動作を示すフローチャートである。
まず、利得制御信号S5が制御部12に入力され、利得制御信号S5により指定された利得値の情報が制御部12において検出される(ステップS11)。
さて、メモリ13には予め、利得制御信号S5により指定される利得値に対応した、受信部3へ供給すべき電力の値が記憶されている。具体的には例えば、利得制御信号S5により指定される利得値が0dB〜10dBの範囲にあれば電力aが、利得値が11dB〜20dBの範囲にあれば電力bが、利得値が21dB〜30dBの範囲にあれば電力cが、利得値が31dB〜40dBの範囲にあれば電力dが、利得値が41dB〜50dBの範囲にあれば電力eが、それぞれ採用される(a<b<c<d<eとする)。すなわち、受信部3への供給電力が電力a〜eの5段階に区分され、利得制御信号S5により指定される利得値に応じて各電力a〜eのいずれかの値が規定されている。
この場合、利得制御信号S5により指定された利得値が低くなるほど、受信部3への供紿電力が減少するよう規定されている。これは、利得制御信号S5により指定された利得値が低ければ、受信波が十分な電力で送られており、利得をそれほど向上させる必要はないと考えられるので、受信部3への供給電力を少なくして消費電力の削減を図るためである。
逆に、利得制御信号S5により指定された利得値が高くなるほど、受信部3への供給電力が増大するよう規定されている。これは、利得制御信号S5により指定された利得値が高ければ受信状況が良好でないと考えられるので、受信部3への供給電力を増大させて受信部3を最適動作点で動作させることにより受信特性の改善を図るためである。
図3は、利得制御信号S5により指定された利得値と受信電界強度との関係を示すグラフである。図3から判るように、受信電界強度が低いほど利得値が高く設定され、受信電界強度が高いほど利得値が低く設定される。
ちなみに、図3ではRSSI信号の値と受信電界強度との関係をも示しているが、RSSI信号の値は、受信電界強度が低いほど小さな値となり、受信電界強度が高いほど大きな値となる。
なお、上記においては、受信部3に供給すべき電力がa,b,c,d,eと段階的に変化するよう規定しているが、段階的にではなく利得値に応じて連続的に受信部3への電力が変化するように規定してもよい。
図4は、低雑音増幅器4及び復調器8内にそれぞれ設けられた可変利得増幅器4a,8aの一部の増幅段の具体的構成例を示す図である。可変利得増幅器4aおよび可変利得増幅器8aのそれぞれが、図4に示す増幅段を複数、直列接続した構成を備える。
図4の増幅段においては、接地電位GNDが与えられたエミッタ、入力端T1に接続されたベース、およびコレクタを有するトランジスタTR1が設けられている。トランジスタTR1のベースには直流電源V1が接続され、接地電位GNDよりも高い直流バイアス電位が与えられている。
また、トランジスタTR1のコレクタにはトランジスタTR2〜TR4の各エミッタが共通に接続されている。トランジスタTR2,TR3のコレクタは、インダクタL1の一端及び出力端T2に共通接続されている。インダクタL1の他端には電源電位Vccが与えられる。トランジスタTR4のコレクタには電源電位Vccが与えられる。なお、インダクタL1には他のインダクタ(図示せず。たたし、図1の受信部電力制御回路14からの供給電力が当該他のインダクタに電流を流す)が近接配置されており、当該他のインダクタに流れる電流によりインダクタL1に電流が誘起されることで、当該他のインダクタから電力が与えられる。
トランジスタTR2のベースにはスイッチSW1aを介して直流電源V2が接続され、また、トランジスタTR3のベースにはスイッチSW2aを介して直流電源V2が接続されており、接地電位GNDよりも高い直流バイアス電位を印加可能である。スイッチSW1a,SW2aのオン・オフは、利得制御信号S5により指定された利得値に応じて制御される。なお、トランジスタTR3のベースにはトランジスタTR4のベースも接続されている。
基本的に、増幅器に与える電力(例えば電流)を変更すると、増幅器の利得が変化するとともに、増幅器のNF特性および歪み特性も変化してしまう。可変利得増幅器は、一定の供給電力下においては、NF特性および歪み特性を劣化させることなく、可変の利得値で入力信号を増幅可能な増幅器である。
ここで、トランジスタTR1〜TR4の各サイズ比が、例えばTR1:TR2:TR3:TR4=5:5:1:4であるとする。
スイッチSW1aがオンでSW2aがオフの場合、トランジスタTR2,TR1に電流が流れる。また、スイッチSW1aがオフでSW2aがオンの場合、トランジスタTR3,TR4,TR1に電流が流れる。トランジスタTR2のサイズ比(5)と、トランジスタTR3およびTR4のサイズ比の合計(1+4=5)とは同じ値であるので、図4の増幅段全体に流れる電流は、いずれの場合であっても変わらない。これはすなわち、いずれの場合であっても、消費電力が同じ値であり、NF特性および歪み特性も同じとなることを示す。
一方、出力端T2には、スイッチSW1aがオンでSW2aがオフの場合はトランジスタTR2のコレクタにおける電流が流れ、スイッチSW1aがオフでSW2aがオンの場合はトランジスタTR3のコレクタにおける電流が流れる。トランジスタTR2,TR3のサイズ比がTR2:TR3=5:1であることから、両場合の利得比は5:1となる。
このように、図4の増幅段では、スイッチSW1a,SW2aのオン・オフの組み合わせに応じて、NF特性および歪み特性を劣化させることなく、可変の利得値で入力信号を増幅可能である。可変利得増幅器4aおよび可変利得増幅器8aはこのような増幅段を複数、直列に備えるので、各増幅段のスイッチSW1a,SW2aのオン・オフの組み合わせに応じて、可変利得増幅器4aおよび可変利得増幅器8a全体での利得の値を任意に設定することができる。そして、利得制御信号S5が、各増幅段のスイッチSW1a,SW2aのオン・オフを指定する機能を有する。
そして、制御部12は、利得制御信号S5により指定された利得値に基づいて、メモリ13に記憶された供給電力値を参照することにより、受信部電力制御回路14に供給すべき電力を決定する(ステップS12)。具体的には、制御部12は利得制御信号S5により指定された利得値の情報に基づいて、その利得値に対応する供給電力が上記電力a〜eの5段階のいずれに属するかを、メモリ13の記憶内容を参照して判断する。そして、その決定された電力値の情報が、制御部12から受信部電力制御回路14に伝達される(ステップS13)。
図5は、受信部電力制御回路14の具体的構成の一例を示す図である。受信部電力制御回路14は、電流源1S1〜IS3及びスイッチSW1〜SW3を備えており、制御部12からの指示により低雑音増幅器4及び受信部3内のその他の回路への供給電力を調節する。
すなわち、電流源IS1〜IS3にはスイッチSW1〜SW3がそれぞれ接続され、電流源1S1〜IS3で生成された電流が、スイッチSW1〜SW3をそれぞれ介して低雑音増幅器4及び受信部3内のその他の回路に流入可能である。そして、制御部12は、スイッチSW1〜SW3のいずれか又は複数をオンすることにより、低雑音増幅器4及び受信部3内のその他の回路に流入する電流量を制御する。なお、電流源1S1〜IS3がそれぞれ生成する電流の値は、同じであっても異なっていてもよい。
本実施の形態に係る受信機によれば、制御部12が、利得制御信号S5により指定された利得値に基づいて、メモリ13に記憶された供給電力の値を参照することにより受信部3に供給すべき電力を制御する。よって、RSSI信号のような受信状況を示す信号に基づかずとも、受信波の受信状況に基づいて利得値を指定する利得制御信号S5を援用して、受信部3への供給電力を高精度に制御することができる。
受信機においては、上述の利得制御信号S5のような、受信部における利得値を指定する信号が生成されることが一般的である。本実施の形態の場合、そのような既存の信号を制御部12に与えるだけで、受信部3への供給電力を制御することが可能であり、制御信号を新たに設ける必要はない。
なお、上記においてはRSSI信号S7が減算器20にて生成されているが、このRSSI信号S7の算出は本実施の形態の受信部電力制御回路14での制御においては必須ではないので、減算器20を省略する構成を採ってもよい。
実施の形態2.
本実施の形態は、実施の形態1に係る受信機の変形例であって、間欠受信を行うことが可能であって、過去の間欠受信時の利得制御信号S5により指定される利得値に基づいて受信部に供給すべき電力を制御する受信機である。
図6に本実施の形態にかかる受信機の構成を示す。この受信機において、アンテナ1、分波部2、受信部3、制御部12、メモリ13、受信部電力制御回路14、A/Dコンバータ15及び利得制御信号生成部21の構成は実施の形態1に係る受信機と同様である。なお、受信部3は間欠受信を行うことが可能である。
本実施の形態に係る受信機はさらに、DSP等で構成される演算部12a及び受信機の移動速度を検出可能な移動速度検出器16を備えている。なお、移動速度検出器16には、例えば特開平11−252633号公報に記載の装置を採用すればよい。
例えば携帯電話の場合、音声通話時などの連続受信中は、利得制御信号S5を常に生成しているので、最新の利得値に基づいて、受信部供給電力を最適に制御することが可能である。しかし、待ち受け時などの間欠受信中は、1回の間欠受信中の初期から利得値を的確に設定することが困難であり、必ずしも受信部3への供給電力を高精度に制御できるわけではない。
そこで、本実施の形態においては、過去数回の間欠受信時の利得値に基づいて制御部12が受信部3への供給電力を制御する。そのため制御部12は、間欠受信の度にメモリ13に利得値のデータを書き込む。そして、メモリ13に過去数回分の間欠受信時の利得値のデータを蓄積させる。
制御部12は、1回の間欠受信の後、次の間欠受信を行う前に、記憶された過去の利得値のデータをメモリ13から読み出し、演算部12aにそれらの平均値を計算させる。そして、その計算結果に基づいて受信部電力制御回路14を制御する。
なお、本実施の形態においては直近の通信事情を重視させるために、演算部12aは、複数の利得値のデータのうち時間的に現在により近いデータの寄与が大きくなるよう重み付けを行って利得値の平均値を算出する。具体的には、例えば過去4回分の利得値の平均値を算出する場合、直前のデータの寄与率を100%、その前のデータの寄与率を50%、さらに前のデータの寄与率を30%、そのさらに前のデータの寄与率を20%、のようにして重み付けを行う。
例として過去4回分の利得値が、30dB、40dB、30dB、20dBであった場合、単純に平均値を計算すれば(30dB+40dB+30dB+20dB)/4=30dBとなるが、上記の重み付けを行えば(30dB×1+40dB×0.5+30dB×0.3+20dB×0.2)/(1+0.5+0.3+0.2)=31.5dBとなる。
また、本実施の形態においては間欠受信時の利得値の算出精度を上げるために、演算部12aは、現在の受信機の移動速度も考慮に入れて利得値の平均値を補正する。移動速度検出器16にて検出された受信機の移動速度のデータは、制御部12により演算部12aに送られる。
一般的に移動速度が大きいほど通信品質は低くなるので、演算部12aは、移動速度の値が大きいほど利得値が大きくなるよう平均値を補正する。具体的には例えば、算出された利得値の平均値を、移動速度が0〜8[km/時]の場合は1.2倍とし、移動速度が8〜16[km/時]の場合は1.5倍とし、移動速度が16〜24[km/時]の場合は1.8倍とし、移動速度が24[km/時]以上の場合は2倍として補正する。
例として上記の重み付け後の平均値31.5dBを用いれば、現在の移動速度が20[km/時]であった場合、31.5dB×1.8=56.7dBとなる。
図7は、本実施の形態に係る受信機の制御動作を示すフローチャートである。
まず、制御部12は、記憶された過去の利得値のデータをメモリ13から読み出す(ステップS21)。そして、演算部12aにそれらの平均値を上記の重み付けを行いつつ計算させる。
さらに、制御部12は、移動速度検出器16に現在の受信機の移動速度を検出させ、演算部12aにその情報を送る。演算部12aは算出した平均値を上記のように補正する(ステップS22)。
さて、メモリ13には予め、利得値に対応して、受信部3へ供給すべき電力の値が記憶されている。実施の形態1においては、受信部3に供給すべき電力がa,b,c,d,eと段階的に変化するよう規定していたが、その他にも、段階的にではなく利得値に応じて連続的に受信部3への電力が変化するように規定してもよい。
具体的には例えば、受信部供給電力と利得値とを縦軸及び横軸とする図8のグラフに示すように、利得値が所定値未満であれば、受信部供給電力を一定値とし、利得値が所定値以上であれば、利得値が高くなるにつれて受信部供給電力を線形で増加させるよう規定すればよい。
そして、制御部12は、演算部12aにて補正された利得値の平均値に基づいて、メモリ13に記憶された供給電力値を参照することにより、受信部電力制御回路14に供給すべき電力を決定する(ステップS23)。その後、間欠受信を開始し、その決定された電力値の情報が、制御部12から受信部電力制御回路14に伝達される(ステップS24)。
間欠受信中は、受信部3においてAGC(Automatic Gain Control)処理が行われるが、AGC処理により出力電圧が収朿し、現在の利得制御信号S5が生成されれば、その時点で制御部12は利得値を過去の平均値から更新する(ステップS25)。そして、制御部12は再度、メモリ13に記憶された供給電力値を参照して供給すべき電力値を決定し、受信部電力制御回路14に伝達する。受信部電力制御回路14はその情報に基づいて受信部3に供給する電力値を修正する(ステップS26)。
間欠受信の初期においては、AGC処理が完了しておらず、過去数回の利得値に基づいて受信部供給電力を決定すべきであるが、間欠受信中に最新の利得値の情報が得られる場合は、その情報に基づいて再度、受信部供給電力を制御する方が望ましいからである。
そして、受信部3は間欠受信を完了させ(ステップS27)、制御部12は間欠受信完了時点での利得値の情報をメモリ13に書き込む(ステップS28)。この後、ステップS21に戻り、制御部12は再び過去の間欠受信時の利得値の情報を用いて、受信部3に供給すべき電力値の決定を行う。
本実施の形態に係る受信機によれば、演算部12aは、メモリ13に書き込まれた間欠受信時の利得値を用いて利得値の平均値を算出し、制御部12は、演算部12aで算出された利得値の平均値に基づいて、メモリ13に記憶された供給電力の値を参照することにより受信部3に供給すべき電力を制御する。よって、1回の間欠受信中の初期から、直近の過去の利得値に基づいて受信部3に供給すべき電力の制御を行うことが可能となる。これにより、受信部3への供給電力を高精度に制御することができる。特に、W−CDMAのようにAGC処理が完了しないと利得制御信号S5を生成できないシステムにおいて、効果が高い。
また、演算部12aは、複数の利得値のデータのうち時間的に現在により近いデータの寄与が大きくなるよう重み付けを行って、平均値を算出する。よって、直近の通信状況をより大きく反映させた補正演算を行うことが可能となり、受信部3への供給電力をより高精度に制御することができる。
さらに、演算部12aは、移動速度の値が大きいほど平均値が小さくなるよう補正する。よって、受信機の移動状況を利得値に反映させることができ、受信部への供給電力をより高精度に制御することができる。
そして、間欠受信中に利得制御信号生成部21が最新の利得制御信号S5を生成した場合には、制御部12は、最新の利得制御信号S5により指定される利得値に基づいて、受信部3に供給すべき電力を再び制御する。よって、最新の通信状況に応じて受信部への供給電力を制御することができる。
実施の形態3.
本実施の形態も、実施の形態1に係る受信機の変形例であって、送信機能も備えた送受信機であり、利得制御信号S5により指定される利得値のみならず、送信波の送信電力にも基づいて受信部への供給電力を制御する送受信機である。
図9に本実施の形態にかかる送受信機の構成を示す。この送受信機において、アンテナ1、分波部2、受信部3、制御部12、メモリ13、受信部電力制御回路14、A/Dコンバータ15及び利得制御信号生成部21の構成は実施の形態1に係る受信機と同様である。
本実施の形態に係る送受信機はさらに、信号生成部(図示せず)からの変調信号を送信波として生成し、分波部2へと送出する送信部10と、送信部10にて生成された送信波の電力を検出する送信電力検出部11とを含んでいる。
次に、本実施の形態にかかる送受信機の動作について説明する。
まず、利得制御信号生成部21においては、実施の形態1の場合と同様、利得制御信号S5が生成される。また、送信電力検出部11においては、送信波の電力が検出される。送信電力検出部11には、例えば熱電対やホール(Hall)素子等を利用して電力を測定する計測装置を採用すればよい。そして、利得制御信号S5により指定された利得値及び送信波電力の情報が制御部12に入力される。
さて、メモリ13には予め、利得値と送信波電力とに対応して、受信部3へ供給すべき電力の値が記憶されている。具体的には例えば、利得値と送信波電力とを縦軸及び横軸とする図10のグラフにおいて、グラフ内の領域ごとに受信部3に供給すべき電力の値が規定されている。すなわち、図3に示すように受信部3への供給電力が電力A〜Eの5段階(E<A<B<C<D)に区分され、利得値と送信波電力の値とに応じて各電力A〜Eのいずれかの値が規定されている。
より具体的には、図10において、利得値a1及び送信波電力の値b1を結ぶラインL1と、利得値a2(>a1)及び送信波電力の値b2(>b1)を結ぶラインL2との間に位置する領域では、電力値Aが採用される。同様に、ラインL2と利得値a3(>a2)及び送信波電力の値b3(>b2)を結ぶラインL3との間に位置する領域では電力値Bが、ラインL3と利得値a4(>a3)及び送信波電力の値b4(>b3)を結ぶラインL4との間に位置する領域では電力値Cが、ラインL4よりも右上の領域では電力値Dが、ラインL1よりも左下の領域では電力値Eが、それぞれ採用される。
図10においては、利得値が低くなるほど、あるいは、送信電力の値が低くなるほど、受信部3への供給電力が減少するよう規定されている。これは、利得値が低ければ受信波が十分な電力で送られたと考えられるので、あるいは、送信波の電力が低ければ受信波に与える影響も少ないので、受信部3への供給電力を少なくして消費電力の削減を図るためである。
逆に、利得値が高くなるほど、あるいは、送信電力の値が高くなるほど、受信部3への供給電力が増大するよう規定されている。これは、利得値が高ければ受信状況が良好でないと考えられるので、あるいは、送信波の電力が高ければ受信波に与える影響が大きいので、受信部3への供給電力を増大させて受信部3を最適動作点で動作させることにより受信特性の改善を図るためである。
なお、図10においては、受信部3に供給すべき電力がE,A,B,C,Dと段階的に変化するよう規定しているが、段階的にではなく利得値と送信波電力とに応じて連続的に受信部3への電力が変化するように規定してもよい。
そして、制御部12は、利得制御信号S5により指定される利得値及び送信電力検出部11の検出結果に基づいて、メモリ13に記憶された供給電力値を参照することにより、受信部電力制御回路14に供給すべき電力を決定する。具体的には、制御部12は利得値と送信波電力との情報に基づいて、利得値及び送信波電力の値が図10のグラフ内のどの領域に属するかを、メモリ13の記憶内容を参照して判断する。図10に示すように、例えば利得値がa、送信波の電力がbの場合、受信部3に供給されるべき電力値はCと決定される。そして、その決定された電力値の情報が、制御部12から受信部電力制御回路14に伝達される。
本実施の形態に係る送受信機によれば、制御部12が、利得制御信号S5により指定された利得値及び送信電力検出部11での検出結果に基づいて、メモリ13に記憶された供給電力の値を参照することにより受信部3に供給すべき電力を制御する。よって、RSSI信号のような受信状況を示す信号に基づかずとも、受信波の受信状況に基づいて利得値を指定する利得制御信号を援用して、さらに、送信波の信号強度にも基づいて、受信部3への供給電力を高精度に制御することができる。
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
産業上の利用の可能性
この発明は、受信機及び送受信機を含む機器に利用可能であり、例えば携帯電話機やトランシーバ、PDA(Personal Digital Assistance)、ノートパソコン等の通信機器に応用できる。
本実施の形態は、可変利得増幅器(VGA:Variable Gain Amplifier)における利得値に基づいて受信部への供紿電力を制御する受信機である。
図1に本実施の形態に係る受信機の構成を示す。この受信機は、無線信号の受信処理を行う無線部101aと、無線部101aにて復調された後のベースバンド信号に対して処理を行うベースバンド部102aとを含む。基地局(図示せず)からの受信波は、無線部101a内のアンテナ1で受信され、無線部101a内の分波部2を介して無線部101a内の受信部3へと入力される。
受信部3は、低雑音増幅器(LNA:Low Noise Amplifier)4、BPF(Band Pass Filter)5、ミキサ6、局部発振器7、復調器8から構成される。低雑音増幅器4においては受信波が増幅され、増幅された受信波はBPF5にて所定の周波数帯域の信号として濾波される。濾波された受信波は、局部発振器7から所定周波数の信号を受けたミキサ6にて周波数変換される。そして、周波数変換された受信波は復調器8にてベースバンド信号S1に復調される。
なお、低雑音増幅器4及び復調器8内にはそれぞれ、一定の供給電力下においてはNF(Noise Figure)特性(入力信号のSN比と出力信号のSN比との比)および歪み特性(入力信号の信号電圧対歪電圧比と出力信号の信号電圧対歪電圧比との比)を劣化させずに可変の利得値で受信波を増幅可能な可変利得増幅器4a,8aが設けられている。
無線部101a内にはさらに、数十ないし数百の論理ゲートを組み合わせたロジック回路で構成された制御部12と、受信部3に供給する電力を制御部12の指示に基づいて制御する受信部電力制御回路14とが設けられている。
ベースバンド部102a内には、復調器8から出力されたベースバンド信号S1をA/D(Analog→Digital)変換し、ディジタル信号S2として出力するA/Dコンバータ15、受信波の受信電力に応じて可変利得増幅器4a,8aにおける利得値を制御する利得制御信号S5を生成する利得制御信号生成部21、および、制御部12に接続されたSRAM(Static Random Access Memory)等で構成されるメモリ13が設けられている。
利得制御信号生成部21は、演算回路17、比較回路18、利得テーブル19、減算器20を備える。演算回路17は、例えばDSP(Digital Signal Processor)で構成される演算処理可能な回路であって、ディジタル信号S2からベースバンド信号S1の電圧振幅レベルを算出し、その電圧振幅レベルの値から、無線部101a通過後の受信電力を算出する。比較回路18はディジタルコンパレータであって、演算回路17での受信電力算出結果たる信号S3を復調信号基準レベル信号LV1と比較し、その差分を信号S4として出力する。利得テーブル19は、メモリと加算器と減算器とで構成される回路であって、信号S4とメモリ内に記憶された各種パラメータとを用いて、利得制御信号S5として出力すべき利得値を算出する。利得テーブル19はまた、メモリ内に記憶された各種パラメータを用いて、アンテナ1から受信部3までのトータル利得を算出し、信号S6として出力する。減算器20は、信号S3の値から信号S6の値を減算して、算出結果をRSSI信号S7として出力する。
以下、具体数値例を用いて利得制御信号S5の生成について説明する。例えば、アンテナ1及び分波部2でのトータル電力損失を2dBとする。また、現在の受信部3でのトータル利得値が20dBに設定されているとする。
演算回路17では、A/Dコンバータ15から出力されるディジタル信号S2を所定の演算式に入れることにより、ベースバンド信号S1の電圧振幅レベルを算出し、その電圧振幅レベルの値より、無線部101a通過後の受信電力を算出する。ここでは、無線部101a通過後の受信電力の値が例えば−52dBであったとする。
比較回路18は、−52dBとの算出結果を示す信号S3と復調信号基準レベル(復調を行うのに最も適した受信電力値)信号LV1の値とを比較する。復調信号基準レベル信号LV1の値が−40dBに設定されているとすると、比較回路18は、−52dBと−40dBとの差分を計算し、その差分たる12dBとの情報を信号S4として出力する。なお、この数値例では、現在の受信電力−52dBは復調信号基準レベル−40dBには達しておらず、不十分な増幅状況にあると言える。
利得テーブル19内のメモリには、受信部3でのトータル利得値20dBとの設定情報と、アンテナ1及び分波部2でのトータル電力損失2dBとの情報とが、記憶されている。そして、利得テーブル19内の加算器は、比較回路18で算出された12dBとの差分を現在の受信部3でのトータル利得値20dBに加算する。
利得テーブル19は、その加算結果を用いて、現在の受信部3でのトータル利得値20dBからあと12dB上昇させた32dBという利得値の情報を、利得制御信号S5として受信部3に出力する。また、利得テーブル19内の減算器は、現在の受信部3でのトータル利得値20dBからアンテナ1及び分波部2でのトータル電力損失2dBを差し引いた18dBとの値(これは、アンテナ1、分波部2及び受信部3でのトータル利得値を示す)の情報を信号S6として減算器20に出力する。
減算器20は、信号S3の内容たる−52dBとの値から信号S6の内容たる18dBとの値を減算し、アンテナ1が受けている受信波の現在の受信電力が−70dBであると算出する。この算出結果がRSSI信号S7となる。
次に、本実施の形態にかかる受信機の動作について説明する。図2は、本実施の形態に係る受信機の制御動作を示すフローチャートである。
まず、利得制御信号S5が制御部12に入力され、利得制御信号S5により指定された利得値の情報が制御部12において検出される(ステップS11)。
さて、メモリ13には予め、利得制御信号S5により指定される利得値に対応した、受信部3へ供給すべき電力の値が記憶されている。具体的には例えば、利得制御信号S5により指定される利得値が0dB〜10dBの範囲にあれば電力aが、利得値が11dB〜20dBの範囲にあれば電力bが、利得値が21dB〜30dBの範囲にあれば電力cが、利得値が31dB〜40dBの範囲にあれば電力dが、利得値が41dB〜50dBの範囲にあれば電力eが、それぞれ採用される(a<b<c<d<eとする)。すなわち、受信部3への供給電力が電力a〜eの5段階に区分され、利得制御信号S5により指定される利得値に応じて各電力a〜eのいずれかの値が規定されている。
この場合、利得制御信号S5により指定された利得値が低くなるほど、受信部3への供紿電力が減少するよう規定されている。これは、利得制御信号S5により指定された利得値が低ければ、受信波が十分な電力で送られており、利得をそれほど向上させる必要はないと考えられるので、受信部3への供給電力を少なくして消費電力の削減を図るためである。
逆に、利得制御信号S5により指定された利得値が高くなるほど、受信部3への供給電力が増大するよう規定されている。これは、利得制御信号S5により指定された利得値が高ければ受信状況が良好でないと考えられるので、受信部3への供給電力を増大させて受信部3を最適動作点で動作させることにより受信特性の改善を図るためである。
図3は、利得制御信号S5により指定された利得値と受信電界強度との関係を示すグラフである。図3から判るように、受信電界強度が低いほど利得値が高く設定され、受信電界強度が高いほど利得値が低く設定される。
ちなみに、図3ではRSSI信号の値と受信電界強度との関係をも示しているが、RSSI信号の値は、受信電界強度が低いほど小さな値となり、受信電界強度が高いほど大きな値となる。
なお、上記においては、受信部3に供給すべき電力がa,b,c,d,eと段階的に変化するよう規定しているが、段階的にではなく利得値に応じて連続的に受信部3への電力が変化するように規定してもよい。
図4は、低雑音増幅器4及び復調器8内にそれぞれ設けられた可変利得増幅器4a,8aの一部の増幅段の具体的構成例を示す図である。可変利得増幅器4aおよび可変利得増幅器8aのそれぞれが、図4に示す増幅段を複数、直列接続した構成を備える。
図4の増幅段においては、接地電位GNDが与えられたエミッタ、入力端T1に接続されたベース、およびコレクタを有するトランジスタTR1が設けられている。トランジスタTR1のベースには直流電源V1が接続され、接地電位GNDよりも高い直流バイアス電位が与えられている。
また、トランジスタTR1のコレクタにはトランジスタTR2〜TR4の各エミッタが共通に接続されている。トランジスタTR2,TR3のコレクタは、インダクタL1の一端及び出力端T2に共通接続されている。インダクタL1の他端には電源電位Vccが与えられる。トランジスタTR4のコレクタには電源電位Vccが与えられる。なお、インダクタL1には他のインダクタ(図示せず。たたし、図1の受信部電力制御回路14からの供給電力が当該他のインダクタに電流を流す)が近接配置されており、当該他のインダクタに流れる電流によりインダクタL1に電流が誘起されることで、当該他のインダクタから電力が与えられる。
トランジスタTR2のベースにはスイッチSW1aを介して直流電源V2が接続され、また、トランジスタTR3のベースにはスイッチSW2aを介して直流電源V2が接続されており、接地電位GNDよりも高い直流バイアス電位を印加可能である。スイッチSW1a,SW2aのオン・オフは、利得制御信号S5により指定された利得値に応じて制御される。なお、トランジスタTR3のベースにはトランジスタTR4のベースも接続されている。
基本的に、増幅器に与える電力(例えば電流)を変更すると、増幅器の利得が変化するとともに、増幅器のNF特性および歪み特性も変化してしまう。可変利得増幅器は、一定の供給電力下においては、NF特性および歪み特性を劣化させることなく、可変の利得値で入力信号を増幅可能な増幅器である。
ここで、トランジスタTR1〜TR4の各サイズ比が、例えばTR1:TR2:TR3:TR4=5:5:1:4であるとする。
スイッチSW1aがオンでSW2aがオフの場合、トランジスタTR2,TR1に電流が流れる。また、スイッチSW1aがオフでSW2aがオンの場合、トランジスタTR3,TR4,TR1に電流が流れる。トランジスタTR2のサイズ比(5)と、トランジスタTR3およびTR4のサイズ比の合計(1+4=5)とは同じ値であるので、図4の増幅段全体に流れる電流は、いずれの場合であっても変わらない。これはすなわち、いずれの場合であっても、消費電力が同じ値であり、NF特性および歪み特性も同じとなることを示す。
一方、出力端T2には、スイッチSW1aがオンでSW2aがオフの場合はトランジスタTR2のコレクタにおける電流が流れ、スイッチSW1aがオフでSW2aがオンの場合はトランジスタTR3のコレクタにおける電流が流れる。トランジスタTR2,TR3のサイズ比がTR2:TR3=5:1であることから、両場合の利得比は5:1となる。
このように、図4の増幅段では、スイッチSW1a,SW2aのオン・オフの組み合わせに応じて、NF特性および歪み特性を劣化させることなく、可変の利得値で入力信号を増幅可能である。可変利得増幅器4aおよび可変利得増幅器8aはこのような増幅段を複数、直列に備えるので、各増幅段のスイッチSW1a,SW2aのオン・オフの組み合わせに応じて、可変利得増幅器4aおよび可変利得増幅器8a全体での利得の値を任意に設定することができる。そして、利得制御信号S5が、各増幅段のスイッチSW1a,SW2aのオン・オフを指定する機能を有する。
そして、制御部12は、利得制御信号S5により指定された利得値に基づいて、メモリ13に記憶された供給電力値を参照することにより、受信部電力制御回路14に供給すべき電力を決定する(ステップS12)。具体的には、制御部12は利得制御信号S5により指定された利得値の情報に基づいて、その利得値に対応する供給電力が上記電力a〜eの5段階のいずれに属するかを、メモリ13の記憶内容を参照して判断する。そして、その決定された電力値の情報が、制御部12から受信部電力制御回路14に伝達される(ステップS13)。
図5は、受信部電力制御回路14の具体的構成の一例を示す図である。受信部電力制御回路14は、電流源1S1〜IS3及びスイッチSW1〜SW3を備えており、制御部12からの指示により低雑音増幅器4及び受信部3内のその他の回路への供給電力を調節する。
すなわち、電流源IS1〜IS3にはスイッチSW1〜SW3がそれぞれ接続され、電流源1S1〜IS3で生成された電流が、スイッチSW1〜SW3をそれぞれ介して低雑音増幅器4及び受信部3内のその他の回路に流入可能である。そして、制御部12は、スイッチSW1〜SW3のいずれか又は複数をオンすることにより、低雑音増幅器4及び受信部3内のその他の回路に流入する電流量を制御する。なお、電流源1S1〜IS3がそれぞれ生成する電流の値は、同じであっても異なっていてもよい。
本実施の形態に係る受信機によれば、制御部12が、利得制御信号S5により指定された利得値に基づいて、メモリ13に記憶された供給電力の値を参照することにより受信部3に供給すべき電力を制御する。よって、RSSI信号のような受信状況を示す信号に基づかずとも、受信波の受信状況に基づいて利得値を指定する利得制御信号S5を援用して、受信部3への供給電力を高精度に制御することができる。
受信機においては、上述の利得制御信号S5のような、受信部における利得値を指定する信号が生成されることが一般的である。本実施の形態の場合、そのような既存の信号を制御部12に与えるだけで、受信部3への供給電力を制御することが可能であり、制御信号を新たに設ける必要はない。
なお、上記においてはRSSI信号S7が減算器20にて生成されているが、このRSSI信号S7の算出は本実施の形態の受信部電力制御回路14での制御においては必須ではないので、減算器20を省略する構成を採ってもよい。
実施の形態2.
本実施の形態は、実施の形態1に係る受信機の変形例であって、間欠受信を行うことが可能であって、過去の間欠受信時の利得制御信号S5により指定される利得値に基づいて受信部に供給すべき電力を制御する受信機である。
図6に本実施の形態にかかる受信機の構成を示す。この受信機において、アンテナ1、分波部2、受信部3、制御部12、メモリ13、受信部電力制御回路14、A/Dコンバータ15及び利得制御信号生成部21の構成は実施の形態1に係る受信機と同様である。なお、受信部3は間欠受信を行うことが可能である。
本実施の形態に係る受信機はさらに、DSP等で構成される演算部12a及び受信機の移動速度を検出可能な移動速度検出器16を備えている。なお、移動速度検出器16には、例えば特開平11−252633号公報に記載の装置を採用すればよい。
例えば携帯電話の場合、音声通話時などの連続受信中は、利得制御信号S5を常に生成しているので、最新の利得値に基づいて、受信部供給電力を最適に制御することが可能である。しかし、待ち受け時などの間欠受信中は、1回の間欠受信中の初期から利得値を的確に設定することが困難であり、必ずしも受信部3への供給電力を高精度に制御できるわけではない。
そこで、本実施の形態においては、過去数回の間欠受信時の利得値に基づいて制御部12が受信部3への供給電力を制御する。そのため制御部12は、間欠受信の度にメモリ13に利得値のデータを書き込む。そして、メモリ13に過去数回分の間欠受信時の利得値のデータを蓄積させる。
制御部12は、1回の間欠受信の後、次の間欠受信を行う前に、記憶された過去の利得値のデータをメモリ13から読み出し、演算部12aにそれらの平均値を計算させる。そして、その計算結果に基づいて受信部電力制御回路14を制御する。
なお、本実施の形態においては直近の通信事情を重視させるために、演算部12aは、複数の利得値のデータのうち時間的に現在により近いデータの寄与が大きくなるよう重み付けを行って利得値の平均値を算出する。具体的には、例えば過去4回分の利得値の平均値を算出する場合、直前のデータの寄与率を100%、その前のデータの寄与率を50%、さらに前のデータの寄与率を30%、そのさらに前のデータの寄与率を20%、のようにして重み付けを行う。
例として過去4回分の利得値が、30dB、40dB、30dB、20dBであった場合、単純に平均値を計算すれば(30dB+40dB+30dB+20dB)/4=30dBとなるが、上記の重み付けを行えば(30dB×1+40dB×0.5+30dB×0.3+20dB×0.2)/(1+0.5+0.3+0.2)=31.5dBとなる。
また、本実施の形態においては間欠受信時の利得値の算出精度を上げるために、演算部12aは、現在の受信機の移動速度も考慮に入れて利得値の平均値を補正する。移動速度検出器16にて検出された受信機の移動速度のデータは、制御部12により演算部12aに送られる。
一般的に移動速度が大きいほど通信品質は低くなるので、演算部12aは、移動速度の値が大きいほど利得値が大きくなるよう平均値を補正する。具体的には例えば、算出された利得値の平均値を、移動速度が0〜8[km/時]の場合は1.2倍とし、移動速度が8〜16[km/時]の場合は1.5倍とし、移動速度が16〜24[km/時]の場合は1.8倍とし、移動速度が24[km/時]以上の場合は2倍として補正する。
例として上記の重み付け後の平均値31.5dBを用いれば、現在の移動速度が20[km/時]であった場合、31.5dB×1.8=56.7dBとなる。
図7は、本実施の形態に係る受信機の制御動作を示すフローチャートである。
まず、制御部12は、記憶された過去の利得値のデータをメモリ13から読み出す(ステップS21)。そして、演算部12aにそれらの平均値を上記の重み付けを行いつつ計算させる。
さらに、制御部12は、移動速度検出器16に現在の受信機の移動速度を検出させ、演算部12aにその情報を送る。演算部12aは算出した平均値を上記のように補正する(ステップS22)。
さて、メモリ13には予め、利得値に対応して、受信部3へ供給すべき電力の値が記憶されている。実施の形態1においては、受信部3に供給すべき電力がa,b,c,d,eと段階的に変化するよう規定していたが、その他にも、段階的にではなく利得値に応じて連続的に受信部3への電力が変化するように規定してもよい。
具体的には例えば、受信部供給電力と利得値とを縦軸及び横軸とする図8のグラフに示すように、利得値が所定値未満であれば、受信部供給電力を一定値とし、利得値が所定値以上であれば、利得値が高くなるにつれて受信部供給電力を線形で増加させるよう規定すればよい。
そして、制御部12は、演算部12aにて補正された利得値の平均値に基づいて、メモリ13に記憶された供給電力値を参照することにより、受信部電力制御回路14に供給すべき電力を決定する(ステップS23)。その後、間欠受信を開始し、その決定された電力値の情報が、制御部12から受信部電力制御回路14に伝達される(ステップS24)。
間欠受信中は、受信部3においてAGC(Automatic Gain Control)処理が行われるが、AGC処理により出力電圧が収朿し、現在の利得制御信号S5が生成されれば、その時点で制御部12は利得値を過去の平均値から更新する(ステップS25)。そして、制御部12は再度、メモリ13に記憶された供給電力値を参照して供給すべき電力値を決定し、受信部電力制御回路14に伝達する。受信部電力制御回路14はその情報に基づいて受信部3に供給する電力値を修正する(ステップS26)。
間欠受信の初期においては、AGC処理が完了しておらず、過去数回の利得値に基づいて受信部供給電力を決定すべきであるが、間欠受信中に最新の利得値の情報が得られる場合は、その情報に基づいて再度、受信部供給電力を制御する方が望ましいからである。
そして、受信部3は間欠受信を完了させ(ステップS27)、制御部12は間欠受信完了時点での利得値の情報をメモリ13に書き込む(ステップS28)。この後、ステップS21に戻り、制御部12は再び過去の間欠受信時の利得値の情報を用いて、受信部3に供給すべき電力値の決定を行う。
本実施の形態に係る受信機によれば、演算部12aは、メモリ13に書き込まれた間欠受信時の利得値を用いて利得値の平均値を算出し、制御部12は、演算部12aで算出された利得値の平均値に基づいて、メモリ13に記憶された供給電力の値を参照することにより受信部3に供給すべき電力を制御する。よって、1回の間欠受信中の初期から、直近の過去の利得値に基づいて受信部3に供給すべき電力の制御を行うことが可能となる。これにより、受信部3への供給電力を高精度に制御することができる。特に、W−CDMAのようにAGC処理が完了しないと利得制御信号S5を生成できないシステムにおいて、効果が高い。
また、演算部12aは、複数の利得値のデータのうち時間的に現在により近いデータの寄与が大きくなるよう重み付けを行って、平均値を算出する。よって、直近の通信状況をより大きく反映させた補正演算を行うことが可能となり、受信部3への供給電力をより高精度に制御することができる。
さらに、演算部12aは、移動速度の値が大きいほど平均値が小さくなるよう補正する。よって、受信機の移動状況を利得値に反映させることができ、受信部への供給電力をより高精度に制御することができる。
そして、間欠受信中に利得制御信号生成部21が最新の利得制御信号S5を生成した場合には、制御部12は、最新の利得制御信号S5により指定される利得値に基づいて、受信部3に供給すべき電力を再び制御する。よって、最新の通信状況に応じて受信部への供給電力を制御することができる。
実施の形態3.
本実施の形態も、実施の形態1に係る受信機の変形例であって、送信機能も備えた送受信機であり、利得制御信号S5により指定される利得値のみならず、送信波の送信電力にも基づいて受信部への供給電力を制御する送受信機である。
図9に本実施の形態にかかる送受信機の構成を示す。この送受信機において、アンテナ1、分波部2、受信部3、制御部12、メモリ13、受信部電力制御回路14、A/Dコンバータ15及び利得制御信号生成部21の構成は実施の形態1に係る受信機と同様である。
本実施の形態に係る送受信機はさらに、信号生成部(図示せず)からの変調信号を送信波として生成し、分波部2へと送出する送信部10と、送信部10にて生成された送信波の電力を検出する送信電力検出部11とを含んでいる。
次に、本実施の形態にかかる送受信機の動作について説明する。
まず、利得制御信号生成部21においては、実施の形態1の場合と同様、利得制御信号S5が生成される。また、送信電力検出部11においては、送信波の電力が検出される。送信電力検出部11には、例えば熱電対やホール(Hall)素子等を利用して電力を測定する計測装置を採用すればよい。そして、利得制御信号S5により指定された利得値及び送信波電力の情報が制御部12に入力される。
さて、メモリ13には予め、利得値と送信波電力とに対応して、受信部3へ供給すべき電力の値が記憶されている。具体的には例えば、利得値と送信波電力とを縦軸及び横軸とする図10のグラフにおいて、グラフ内の領域ごとに受信部3に供給すべき電力の値が規定されている。すなわち、図3に示すように受信部3への供給電力が電力A〜Eの5段階(E<A<B<C<D)に区分され、利得値と送信波電力の値とに応じて各電力A〜Eのいずれかの値が規定されている。
より具体的には、図10において、利得値a1及び送信波電力の値b1を結ぶラインL1と、利得値a2(>a1)及び送信波電力の値b2(>b1)を結ぶラインL2との間に位置する領域では、電力値Aが採用される。同様に、ラインL2と利得値a3(>a2)及び送信波電力の値b3(>b2)を結ぶラインL3との間に位置する領域では電力値Bが、ラインL3と利得値a4(>a3)及び送信波電力の値b4(>b3)を結ぶラインL4との間に位置する領域では電力値Cが、ラインL4よりも右上の領域では電力値Dが、ラインL1よりも左下の領域では電力値Eが、それぞれ採用される。
図10においては、利得値が低くなるほど、あるいは、送信電力の値が低くなるほど、受信部3への供給電力が減少するよう規定されている。これは、利得値が低ければ受信波が十分な電力で送られたと考えられるので、あるいは、送信波の電力が低ければ受信波に与える影響も少ないので、受信部3への供給電力を少なくして消費電力の削減を図るためである。
逆に、利得値が高くなるほど、あるいは、送信電力の値が高くなるほど、受信部3への供給電力が増大するよう規定されている。これは、利得値が高ければ受信状況が良好でないと考えられるので、あるいは、送信波の電力が高ければ受信波に与える影響が大きいので、受信部3への供給電力を増大させて受信部3を最適動作点で動作させることにより受信特性の改善を図るためである。
なお、図10においては、受信部3に供給すべき電力がE,A,B,C,Dと段階的に変化するよう規定しているが、段階的にではなく利得値と送信波電力とに応じて連続的に受信部3への電力が変化するように規定してもよい。
そして、制御部12は、利得制御信号S5により指定される利得値及び送信電力検出部11の検出結果に基づいて、メモリ13に記憶された供給電力値を参照することにより、受信部電力制御回路14に供給すべき電力を決定する。具体的には、制御部12は利得値と送信波電力との情報に基づいて、利得値及び送信波電力の値が図10のグラフ内のどの領域に属するかを、メモリ13の記憶内容を参照して判断する。図10に示すように、例えば利得値がa、送信波の電力がbの場合、受信部3に供給されるべき電力値はCと決定される。そして、その決定された電力値の情報が、制御部12から受信部電力制御回路14に伝達される。
本実施の形態に係る送受信機によれば、制御部12が、利得制御信号S5により指定された利得値及び送信電力検出部11での検出結果に基づいて、メモリ13に記憶された供給電力の値を参照することにより受信部3に供給すべき電力を制御する。よって、RSSI信号のような受信状況を示す信号に基づかずとも、受信波の受信状況に基づいて利得値を指定する利得制御信号を援用して、さらに、送信波の信号強度にも基づいて、受信部3への供給電力を高精度に制御することができる。
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
産業上の利用の可能性
この発明は、受信機及び送受信機を含む機器に利用可能であり、例えば携帯電話機やトランシーバ、PDA(Personal Digital Assistance)、ノートパソコン等の通信機器に応用できる。
Claims (6)
- 一定の供給電力下においてはNF(Noise Figure)特性および歪み特性を劣化させずに可変の利得値で受信波を増幅可能な可変利得増幅器(4a、8a)を含む受信部(3)と、
前記受信波の受信電力に応じて前記可変利得増幅器における前記利得値を指定する利得制御信号(S5)を生成する利得制御信号生成部(21)と、
制御部(12)と、
メモリ(13)と
を備え、
前記メモリには、前記利得値に対応した、受信部への供給電力の値が記憶され、
前記制御部は、前記利得制御信号により指定される前記利得値に基づいて、前記メモリに記憶された前記供給電力の値を参照することにより前記受信部に供給すべき電力を制御する
ことを特徴とする受信機。 - 演算部(12a)
をさらに備え、
前記受信部は、前記受信波を間欠受信することが可能であり、
前記メモリにはさらに、前記利得制御信号により指定される前記利得値が間欠受信の度に書き込まれ、
前記演算部は、前記メモリに書き込まれた間欠受信時の前記利得値を用いて前記利得値の平均値を算出し、
前記制御部は、前記演算部で算出された前記利得値の前記平均値に基づいて、前記メモリに記憶された前記供給電力の値を参照することにより前記受信部に供給すべき電力を制御する
請求の範囲1記載の受信機。 - 前記演算部は、複数の前記利得値のうち時間的に現在により近いデータの寄与が大きくなるよう重み付けを行って、前記平均値を算出する
請求の範囲2記載の受信機。 - 前記受信機の移動速度を検出可能な移動速度検出器(16)を
さらに備え、
前記演算部は、前記移動速度の値が大きいほど前記平均値が小さくなるよう補正する
請求の範囲2記載の受信機。 - 間欠受信中に前記利得制御信号生成部が最新の前記利得制御信号を生成した場合には、前記制御部は、前記最新の前記利得制御信号により指定される利得値に基づいて、前記メモリに記憶された前記供給電力の値を参照することにより前記受信部に供給すべき電力を再び制御する
請求の範囲2記載の受信機。 - 一定の供給電力下においてはNF(Noise Figure)特性および歪み特性を劣化させずに可変の利得値で受信波を増幅可能な可変利得増幅器(4a、8a)を含む受信部(3)と、
前記受信波の受信電力に応じて前記可変利得増幅器における前記利得値を指定する利得制御信号(S5)を生成する利得制御信号生成部(21)と、
送信波を生成する送信部(10)と、
前記送信波の電力を検出する送信電力検出部(11)と、
制御部(12)と、
メモリ(13)と
を備え、
前記メモリには、前記利得値と前記送信波の前記電力とに対応した、受信部への供給電力の値が記憶され、
前記制御部は、前記利得制御信号により指定された前記利得値及び前記送信電力検出部での検出結果に基づいて、前記メモリに記憶された前記供給電力の値を参照することにより前記受信部に供給すべき電力を制御する
ことを特徴とする送受信機。
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