JP4250003B2

JP4250003B2 - Ａｇｃ回路

Info

Publication number: JP4250003B2
Application number: JP2003059848A
Authority: JP
Inventors: るみ黒田; 欽一日暮
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2023-03-06
Also published as: JP2004274217A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、受信機に関わり、特にＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）等のように、変調波の振幅成分に情報を持つ変調方式のデジタル無線通信システムの受信機において、受信機の受信信号レベルは伝搬路の特性により変動するため、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）を用いて受信レベルを一定に保つ必要がある。この種のＡＧＣでは、瞬時値（例えば、サンプル毎等）で受信レベルを一定に保とうとすると、変調波に含まれる振幅成分を抑圧してしまうため、通常、数シンボルの受信信号の区間平均を用いる。
【０００３】
図２は、従来のＡＧＣ回路の一例である。図２を用いて受信信号の区間平均を用いたＡＧＣ制御方法を説明する。
【０００４】
図２において、入力端子２００へ入力される受信信号Ｘ_a（ｔ）は、可変増幅器２０１へ入力される。可変増幅器２０１では、制御信号Ｖ_cで制御される利得Ｇにより受信信号Ｘ_a（ｔ）を増幅し、増幅した信号ＧＸ_a（ｔ）はアナログ・デジタル変換器（以下、ＡＤ変換器と称する）２０２を介してデジタル信号Ｘ_d（ｎ）となる。ここで、以下全ての説明において、ｔは時刻（ｔ≧０）、ｎはシンボル番号（ｎ＝０，１，２，・・・）である。
【０００５】
デジタル信号Ｘ_d（ｎ）は、復調回路２０３とＡＧＣ制御部２１１へ入力される。
【０００６】
ＡＧＣ制御部２１１において、デジタル信号Ｘ_d（ｎ）は、振幅２乗平均演算部２０４に入力されて、数シンボルの区間平均電力Ｐ_d（ｎ）を算出し、電力比算出部２０５において基準電力Ｐ₀との電力比Ｐ_R（ｎ）＝Ｐ_d（ｎ）／Ｐ₀を算出した後、スケール変換部２０６へ入力される。
【０００７】
スケール変換部２０６では、電力比Ｐ_R（ｎ）を対数ｌｏｇ₁₀（Ｐ_R（ｎ））へ変換して乗算器２０７へ入力し、スケール変換した電力比ｌｏｇ₁₀（Ｐ_R（ｎ））と係数μ（０＜μ≦１）を乗算し、ＡＧＣ制御信号の補正量μｌｏｇ₁₀（Ｐ_R（ｎ））を加算器２０８へ入力する。
【０００８】
加算器２０８では、１シンボル前のＡＧＣ制御信号Ｖ_c（ｎ−１）と、乗算器２０７より得たＡＧＣ制御信号の補正量μｌｏｇ₁₀（Ｐ_R（ｎ））の符号変換したものを加算することにより、ＡＧＣ制御信号Ｖ_c（ｎ）を算出する。算出したＡＧＣ制御信号Ｖ_c（ｎ）は、デジタル・アナログ変換器（以下、ＤＡ変換器と称する）を介してアナログのＡＧＣ制御信号Ｖ_cとなる。この制御信号Ｖ_cにより、可変増幅器２０１の利得Ｇを変化させてＡＤ変換器への入力信号を一定レベルにする。
【０００９】
図２に示すＡＧＣ回路の動作について、図４を用いて説明する。図４は、受信フレームｋ（ｋ：フレーム番号）および受信フレーム（ｋ＋１）で受信機に信号が入力された場合に、図２に示されるＡＧＣ回路を用いてＡＧＣ制御を行ったときの動作を示している。ここでフレームとは、デジタル無線システムにおいて信号を一定データ長に区切って送受信したもので、例えば１フレームを１９２シンボル構成、シンボルレートを４．８ｋｂａｕｄ（シンボル／ｓｅｃ）とすると、１フレームの期間は４０ｍｓｅｃとなる。
【００１０】
図４において、受信フレームｋと受信フレーム（ｋ＋１）には受信信号が入力され、受信フレーム（ｋ−１）と受信フレーム（ｋ＋２）には受信信号が入力されていない。このため、受信信号が入力されている受信フレームｋと受信フレーム（ｋ＋１）では、振幅２乗平均演算部２０４で算出される平均電力Ｐ_d（ｎ）はＰとなり、受信信号の入力されていない受信フレーム（ｋ−１）と受信フレーム（ｋ＋２）ではゼロとなる。
【００１１】
ＡＧＣ回路の立ち上がりには応答時間を要するため、制御信号Ｖ_cは受信フレームｋの先頭でＶ_gmax（そのときの利得Ｇは最大利得ｇ_maxとなる）となり、その後、制御信号Ｖ_cはＶ_gに、利得Ｇはｇに収束してＡＤ変換器の出力を一定に保つように動作する。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００２−８４１５３号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記説明のように、ＡＧＣ回路の構成では、連続して受信信号を受信する場合に変調波に含まれる振幅成分を抑圧することがないよう、数シンボルの区間平均により平均電力Ｐ_d（ｎ）を算出する必要がある。
【００１４】
しかしながら、受信機への入力信号のレベルが高い場合、従来のＡＧＣ制御方法では、図４に示すように、受信信号が入力されていない受信フレーム（ｋ−１）から、受信信号が入力されている受信フレームｋに移った際に、電力Ｐ_d（ｎ）を数シンボルの区間平均で算出しているために、急峻な受信信号の立ち上がりを追従できず、結果、受信フレームｋの前半においてＡＤ変換器への入力が過入力となり、受信フレームｋの前半では、受信信号を正しく復号できず、同期確立の遅延、通信開始時の音切れ等の問題点がある。
【００１５】
本発明は、この問題点を解決するために、電力比判定部と補正量設定部を新たに備えることにより、電力比判定部で急峻な受信信号の立ち上がりを検出し、電力比の判定結果によりＡＧＣ制御信号の補正量を、補正量設定部で設定するか、係数μを乗算して算出するか切替えることで、受信信号の立ち上がりにおけるＡＧＣ回路の追従性を改善することを目的とする。
【００１６】
更に、補正量設定部の前段にカウンタ部を備えることにより、制御信号Ｖ_cにより制御された利得Ｇは、時刻Δｔ（ここで、Δｔは、電力比判定結果から求めたＡＧＣ制御信号Ｖ_cにより、可変増幅器の利得Ｇが制御されてからの受信信号が、電力比判定部に入力されるまでに要する応答時間である）の間は変化させないようにすることで、ＡＤ変換器出力信号の不安定さを改善することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のデジタル無線通信システムの受信機におけるＡＧＣ回路は、受信信号の電力と、受信信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換の基準電力との電力比、または、対数変換した電力比が、所定の電力比以上である場合に、受信信号の立ち上がりを検出し、受信信号の立ち上がりを検出した場合、受信信号ＡＧＣ補正の有無を段階的に切り換えるようにしたものである。
【００１８】
（１）更に詳しくは、本発明のＡＧＣ回路は、電力比判定部を具備し、電力比判定部により受信信号の急峻な立ち上がりを検出するようにしたものである。
【００１９】
（２）更に、本発明のＡＧＣ回路の電力比判定部は、受信信号の電力Ｐ_d（ｎ）とアナログ・デジタル変換器への標準入力により決まる基準電力Ｐ₀との電力比Ｐ_R（ｎ）＝Ｐ_d（ｎ）／Ｐ₀または、対数変換した電力比ｌｏｇ₁₀（Ｐ_R（ｎ））が、所定の電力比以上である場合に、受信信号の立ち上がりであると判断するようにする。
【００２０】
（３）また、本発明のＡＧＣ回路は、電力比判定部で受信信号の立ち上がりを検出した場合、カウンタ部を介して補正量設定部でＮシンボル（Ｎは、例えば、ＡＧＣ制御信号更新が有効となるまでに要する時間に相当するシンボル数）毎に所定のＡＧＣ制御信号の補正量Ｖ_Mを出力、それ以外はＡＧＣ制御信号の補正量として"０"を出力することにより、受信開始フレームの前半のＡＧＣ制御を高速に行うようにする。
【００２１】
（４）また、本発明のＡＧＣ回路は、電力判定部により受信信号の立ち上がりを検出した場合は、カウンタ部および補正量設定部を介してＡＧＣ制御信号の補正量を設定し、電力判定部により受信信号の立ち上がりを検出しなかった場合は、係数μ（０＜μ≦１）によりＡＧＣ制御信号の補正量を算出することにより、ＡＧＣ制御方法を切替えるようにする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のＡＧＣ制御方法を用いたＡＧＣ回路の実施例の一つであり、図３は、図１のブロック図に示すＡＧＣ回路の動作を示すタイムチャートである。以下、図１および図３を用いてＡＧＣ回路の動作を説明する。
【００２３】
図１において、入力端子１００へ入力される受信信号Ｘ_a（ｔ）は、可変増幅器１０１へ入力される。可変増幅器１０１では、制御信号Ｖ_cにより制御される利得Ｇにより受信信号Ｘ_a（ｔ）を増幅し、増幅した信号ＧＸ_a（ｔ）はＡＤ変換器１０２を介してデジタル信号Ｘ_d（ｎ）となる。
【００２４】
デジタル信号Ｘ_d（ｎ）は、復調回路１０３とＡＧＣ制御部１１５へ入力される。
【００２５】
ＡＧＣ制御部１１５において、デジタル信号Ｘ_d（ｎ）は、振幅２乗平均演算部１０４に入力され、数シンボルの区間平均電力Ｐ_d（ｎ）を算出し、電力比算出部１０５において基準電力Ｐ₀との電力比Ｐ_R（ｎ）＝Ｐ_d（ｎ）／Ｐ₀を算出してスケール変換部１０６へ入力される。
【００２６】
スケール変換部１０６では、電力比Ｐ_R（ｎ）を対数ｌｏｇ₁₀（Ｐ_R（ｎ））へ変換して電力比判定部１０７へ入力する。対数ｌｏｇ₁₀（Ｐ_R（ｎ））へ変換された電力比は、基準電力に対する電力の大きさの情報を持っているため、受信信号の入力されていない状態から、利得Ｇが最大利得ｇ_maxのまま受信信号が入力された場合にＡＧＣ制御の追従が追いつかず、受信フレームｋの前半でＡＤ変換器への入力が過入力となり、この過入力の状態から受信信号の立ち上がりが判定可能となる。
【００２７】
そこで、電力比判定部１０７において、閾値をＭ（Ｍ＞０）とした場合、受信信号の平均電力が基準電力に対して閾値Ｍ以上かＭ未満かを判定し、Ｍ以上ならばスイッチ１０８を端子１０９へ、Ｍ未満ならばスイッチ１０８を端子１１０へ切替える。この時、閾値ＭはＭ＞０で、例えばフェージングによる瞬時変動などより大きな値（例えば８ｄＢ程度）を設定するのが望ましい。
【００２８】
受信信号の電力と基準電力の電力比がＭ以上である場合、カウンタ部１１６では一定のシンボル数、例えばＡＧＣ制御の応答時間Δｔに相当するシンボル数Ｎ（ＮはΔｔ×ｆ_symbにより算出される値に近い整数、ここでｆ_symbはシンボルレートを示す）をカウントして、Ｎシンボル毎に１度だけ補正量設定部１１７において補正量＝Ｖ_Mとし、それ以外は補正量＝０と設定して加算器１１２のマイナスの端子へ入力する。シンボル数Ｎは、例えば、ＡＧＣ制御の応答時間Δｔが２〜３シンボル時間（シンボルレートを４．８ｋｂａｕｄとしたとき、約４２〜６３ｍｓｅｃ）程度であった場合、Ｎ＝４（約８３ｍｓｅｃ）などと設定する。
【００２９】
また、受信信号の電力と基準電力の電力比がＭ未満の場合、スケール変換した電力比ｌｏｇ₁₀（Ｐ_R（ｎ））と係数μ（０＜μ≦１）を乗算し、ＡＧＣ制御信号の補正量μｌｏｇ₁₀（Ｐ_R（ｎ））を加算器１１２のマイナス端子へ入力する。加算器１１２では、１シンボル前のＡＧＣ制御信号Ｖ_c（ｎ−１）と、補正量設定部１１７または乗算器１１１で算出した補正量Ｖ_M、０およびμｌｏｇ₁₀（Ｐ_R（ｎ））により、電力比がＭ以上検出かつ補正実行の場合は数１により、電力比がＭ以上検出かつ補正非実行の場合は数２により、電力比がＭ未満検出の場合は数３より、ＡＧＣ制御信号Ｖ_c（ｎ）をそれぞれ算出する。
【００３０】
Ｖ_c（ｎ）＝Ｖ_c（ｎ−１）−Ｖ_M （数１）
【００３１】
Ｖ_c（ｎ）＝Ｖ_c（ｎ−１）−O （数２）
【００３２】
Ｖ_c（ｎ）＝Ｖ_c（ｎ−１）−μｌｏｇ₁₀（Ｐ_R（ｎ））（数３）
算出したＡＧＣ制御信号Ｖ_c（ｎ）は、ＤＡ変換器１１４を介してアナログのＡＧＣ制御信号Ｖ_cとなる。この制御信号Ｖ_cにより、可変増幅器２０１の利得Ｇを変化させてＡＤ変換器への入力信号を一定レベルにするよう動作する。
【００３３】
図３は、受信フレームｋ（ｋ：フレーム番号）および受信フレーム（ｋ＋１）で受信機に信号が入力された場合において、図１に示されるＡＧＣ回路を用いてＡＧＣ制御を行ったときの動作を示している。図１に示すＡＧＣ回路の動作について、図３を用いて説明する。
【００３４】
図３において、受信フレームｋと受信フレーム（ｋ＋１）は受信信号が入力され、受信フレーム（ｋ−１）と受信フレーム（ｋ＋２）は受信信号が入力されていない。このため、受信信号が入力されている受信フレームｋと受信フレーム（ｋ＋１）では、振幅２乗平均演算部１０４で算出される平均電力Ｐ_d（ｎ）はＰとなり、受信信号の入力されていない受信フレーム（ｋ−１）と受信フレーム（ｋ＋２）ではゼロとなる。
【００３５】
このとき、平均電力Ｐ_d（ｎ）は数シンボルの区間平均により算出しているため、受信フレームｋの前半の数シンボルでは制御信号Ｖ_cはＶ_gmaxとなり、そのときの利得Ｇは最大利得ｇ_maxとなる。
【００３６】
このため、ＡＤ変換器への入力信号が過入力となり、図３に示すようにＡＤ変換器の出力であるデジタル信号Ｘ_d（ｎ）は飽和し、受信信号の電力Ｐ_d（ｎ）は基準電力Ｐ₀に対して大きくなる。これにより、電力比判定部１０７で電力比がＭ以上であることを検出し、例えば図３に示す区間３００の間はＮシンボル周期で、ある１シンボルでは数１により補正量をＶ_MとしてＡＧＣ制御信号Ｖ_cを算出し、残りの（Ｎ−１）シンボルの間は数２により補正量を０としてＡＧＣ制御信号Ｖ_cを算出してＡＧＣ制御を行う。
【００３７】
上記のＡＧＣ制御を、図３に示す区間３００の間、即ち、電力比Ｐ_R（ｎ）がＭ未満になるまで繰り返し行い、その後の区間３０１では、電力比判定部１０７で受信信号の平均電力Ｐ_d（ｎ）が基準電力Ｐ₀に対してＭ未満を検出するため、数３によりＡＧＣの制御を行うことで、ＡＤ変換器の出力を一定に保つことを可能にしている。
【００３８】
この結果、受信信号の立ち上がりからの数シンボルはＡＤ変換器への入力信号が過入力状態となり、デジタル信号Ｘ_d（ｎ）は一時的に飽和するが、その区間は数３のみで動作していた従来のＡＧＣ制御方法に比べ時間的に短縮可能となり、受信フレーム先頭におけるＡＧＣ制御による受信性能の劣化を軽減できる。
【００３９】
このように、図１に示す実施例によれば、受信信号の電力比と基準電力との電力比判定を行うことで、受信信号の立ち上がりを検出可能となり、適切なＡＧＣ制御方法に切替えることによって、受信信号の急峻な変化に対してＡＧＣ制御の追従が可能となる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明のＡＧＣ回路によれば、受信信号の基準電力に対する急峻な変化を検出し、これにより適切なＡＧＣ制御に切替えることが可能となる。また、前記切替えが可能になることにより、受信信号の立ち上がり時におけるＡＤ変換器出力への過入力状態を時間的に短縮することが可能となり、受信フレーム先頭でのＡＧＣ制御による受信性能の劣化を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＡＧＣ回路の一実施例を示すブロック図。
【図２】従来のＡＧＣ回路の一例を示すブロック図。
【図３】図１のＡＧＣ回路の動作を示すタイムチャート。
【図４】図２ＡＧＣ回路の動作を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１００、２００：入力端子、１０９、１１０：端子、１０１、２０１：可変増幅器、１０２、２０２：ＡＤ変換器、１１４、２１０：ＤＡ変換器、１０３、２０３：復調回路、１１５、２１１：ＡＧＣ制御部、１０４、２０４：振幅２乗平均演算部、１０５、２０５：電力比算出部、１０６、２０６：スケール変換部、１０７：電力比判定部、１０８：スイッチ、１１６：カウンタ部、１１１、２０７：乗算器、１１７：補正量設定部、１１２、２０８：加算器、１１３、２０９：遅延器、３００：本発明のＡＧＣ制御動作区間、３０１：従来のＡＧＣ制御動作区間。

Claims

デジタル無線通信システムの受信機のＡＧＣ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＧａｉｎＣｏｎｔｒｏｌ）回路において、
受信信号の電力と前記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の基準電力との電力比、または該電力比を対数変換した電力比が、所定の電力比以上である場合に、受信信号の立ち上がりを検出する電力比判定部と、
前記ＡＧＣ回路を制御する信号の補正量を設定する補正量設定部とを有し、
前記電力比判定部が受信信号の立ち上がりを検出した場合、前記補正量設定部に設定された補正量に応じて前記受信信号のＡＧＣ補正の有無を切り換え、さらに前記電力比の値と前記ＡＧＣ補正の有無に応じてＡＧＣ制御信号の算出方法を切り換えることを特徴とするＡＧＣ回路。
請求項１に記載のＡＧＣ回路であって、
該ＡＧＣ回路は、前記補正量設定部の前段にカウンタ部を有し、
該カウンタ部により所定のシンボル数をカウントすると前記補正量設定部の補正量を設定することを特徴とするＡＧＣ回路。