JP4286455B2 - 利得制御回路およびパイロット信号を用いる可変増幅器の利得制御を与える方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に利得制御回路に関し、さらに詳しくは、利得制御回路のダイナミック・レンジを拡大するパイロット信号を用いる利得制御回路に関する。
【０００２】
【発明の背景技術】
利得制御回路は、受信信号または送信される信号に適用される利得レベルを制御するために用いられてきた。多くの場合、異なる動作条件に亘って、一定の信号レベルを維持することが望まれる。たとえば、セルラ通信環境において、セル内の全ての地点で受信されるのに十分で、隣接セルに干渉を起こさせる程度には強くない信号レベルを有する信号を送信することが望まれる。しばしば、最適信号レベルは、セルの大きさまたはセル内における通信アンテナの物理的位置によって決められる。
【０００３】
全送信信号が選択的に有効にされる複数の音声トラフィック・チャネルを含む場合、複合信号電力に変化を起こさせるので、出力電力制御よりむしろ、利得制御が必要とされる。複合信号レベルの変化を許容する間、利得制御は、そのチャネルが有効な場合、各別の音声チャネルのレベルを一定に維持する。利得は、また、他の要素、例えば信号周波数の変動、温度、および入力信号レベルに依存して変化し、それ故に利得制御回路は、これらのタイプの変化に対応するために用いられてきた。
【０００４】
典型的には、利得制御回路は、入力および出力での信号レベルをサンプルすることにより動作信号レベルを測定する。多くのＲＦ増幅器では、これはショットキ・ダイオードを用いて実現される。残念なことに、これらのダイオードは、ある電力レベル以下で信頼性よく機能しない、なぜなら温度補正がより困難で、電圧レベルが低くなりすぎるので関連する回路内でオフセット電圧や雑音に打ち勝つことができないからである。
【０００５】
非常に低い信号レベルや信号レベルの検出されない場合、制御回路内の固有の電圧誤差、それは検出器のバイアス・ドリフトに起因し得るが、演算増幅器のオフセット電圧および電流等は制御信号値を決めるために用いられる信号の重要な要素をなる。これは、利得が実際の信号レベルに十分に反映しないレベルにドリフトを起こさせる。これらの信号レベルでは、利得制御回路は必要な利得調整を提供するために効果はなく、減少したダイナミック・レベルを与える。
【０００６】
信号が検出されないかあるいは信号が存在しない場合、制御回路内の固有誤差電圧は増幅器の利得をドリフトさせ、時にはその最大レベルへ移動する。続いて、入力信号が最早その誤差電圧によって支配されないレベルに達すると、その制御ループの利得が安定するまで、その信号は最初最大量増幅されるが、その利得は許容できる動作レベルを超える信号レベルを有する送信信号を生成させる。これは、干渉を引き起こすことになるとともに、現在または後段の増幅ステージに障害を与える。従って、拡張したダイナミック・レンジに亘って利得が安定している利得制御回路は、有益であろう。
【０００７】
【好適な実施例の詳細な説明】
本願発明は利得制御回路を提供し、ここで入力信号の信号レベルがエラーのより生じやすい信号レベル以下に落ち込むのを防ぐことを保証するために、最大信号レベルを有するパイロット信号が入力信号に加えられる。より明確に述べると、増幅されるべき入力信号を受信する受信信号入力、パイロット信号を入力信号に加えるために受信入力信号に結合されたパイロット信号注入器、およびパイロット信号が加えられた入力信号を受信し、増幅された出力信号を生成するためにパイロット信号注入器に結合された制御入力を有する可変増幅回路からなる利得制御回路が提供される。増幅レベルは、制御入力で受信した信号の値に依存する。利得制御回路は、さらに、パイロット信号が加えられた入力信号をサンプリングするためにパイロット信号注入器に結合された入力サンプリング回路、増幅された出力信号をサンプリングするために可変増幅回路に結合された出力サンプリング回路、およびパイロット信号が加えられたサンプリングされた入力信号およびサンプリングされかつ増幅された出力信号を受信し、可変増幅回路の制御入力に結合された制御信号を生成するための制御ループからなる。
【０００８】
パイロット信号を用いて可変増幅器の利得制御を提供するための方法が提供される。本方法は、入力信号を受信する段階、パイロット信号を入力信号に加える段階、およびパイロット信号を可変量加えた入力信号を増幅し、増幅された出力信号を生成する段階からなる。本方法は、パイロット信号が加えられた入力信号をサンプリングする段階、増幅された出力信号をサンプリングする段階、およびパイロット信号が加えられたサンプリングされた入力信号を、サンプリングされかつ増幅された出力信号と比較する段階からなり、ここでパイロット信号が加えられたサンプリングされた入力信号は、パイロット信号が加えられたサンプリングされた入力信号の信号レベルの受信部が予め定める閾値より低くなる場合、パイロット信号を有するサンプリングされた入力信号のパイロット信号部から主に構成される。本方法は、パイロット信号が加えられた入力信号を増幅する段階で可変増幅量を、パイロット信号が加えられたサンプリングされた入力信号とサンプリングされかつ増幅された出力信号との間の比較の結果に基づいて、調整する。
【０００９】
さて、さらに詳細な図面を参照して、図１は、本発明に従って、パイロット信号を用いる利得制御回路１０のブロック図を示す。図１に示された回路は、増幅されるべき信号を受信する受信信号入力１２を与える。受信信号入力はパイロット信号注入器１４に結合され、ここでパイロット信号が受信信号に加えられる。パイロット信号注入器は可変増幅回路１６に結合され、それはパイロット信号が加えられた入力信号を受信し、出力端１８に結合された増幅された出力信号を生成する。
【００１０】
パイロット信号注入器１４と可変増幅回路１６との間に入力サンプリング回路２０が結合され、パイロット信号が加えられた入力信号を表わす信号をサンプリングする。可変増幅回路１６と出力端１８との間に増幅出力サンプリング回路２２が結合され、増幅された出力信号を表わす信号をサンプリングする。入力サンプリング回路２０および増幅出力サンプリング回路２２は、制御ループ２４に結合され、それはサンプリングされた信号を受信し、かつ、可変増幅回路１６に結合された制御信号を生成し可変増幅回路１６の増幅レベルを調整する。
【００１１】
図２は、図１に示された利得制御回路１０に対応する利得制御回路２６のより詳細なブロック図である。利得制御回路２６は、同様に入力信号を受信するための受信信号入力１２を含む。好適な実施例では、回路２６はセルラ通信システム内で用いられるが、入力信号は典型的には無線周波数スペクトラム中の動作周波数を有する。
【００１２】
受信信号入力１２は、パイロット信号注入器１４に結合される。パイロット信号注入器は、加算器３０に結合されたパイロット信号を生成する発振器２８を含み、発生したパイロット信号を入力信号に加える。発振器は、好ましくは、メインＲＦ信号には用いられないが、可変増幅回路１６の動作周波数内にある周波数の正弦波ＡＣ信号を生成する。同様に、パイロット信号用の周波数が選択されるが、それは受信入力信号によって用いられる周波数と関連して、関連する高調波周波数の顕著などのような雑音信号をも生成しない。これによって、パイロット信号と関連する出力信号の一部が増幅された出力信号からより容易く盧波されるために、パイロット信号は入力信号の周波数中心から離れて存在する。
【００１３】
さらに、パイロット信号の信号レベルは、予め定める閾値を超えるある最小信号レベルを維持するように選択され、少なくとも制御ループ２４の適切な動作を確保し、入力信号が低すぎることで生じる問題を避けるために十分高く選択される。たとえ入力信号成分の信号レベルが予め定める閾値より低くなる場合でも、パイロット信号を入力信号に加えることで、そのパイロット信号成分によって全ての信号レベルがエラーの生じやすい最小信号レベルより低くなることを防ぐ。
【００１４】
パイロット信号が加えられた入力信号は、増幅された出力信号を生成する入力サンプリング回路２０を介して、可変増幅回路１６に結合される。可変増幅回路１６は、制御入力を有する可変アッテネータ３２を含み、増幅段３６に結合される。可変増幅回路１６の全利得は、可変アッテネータ３２に関連する利得および増幅段３６に関連する利得の合計である。これにより可変増幅回路１６の全利得は、制御入力３４を介して可変アッテネータ３２の利得を制御することにより調整される。
【００１５】
増幅された出力信号は、増幅出力サンプリング回路２２を介して帯域フィルタ３８に結合され、パイロット信号と関連した増幅された出力信号の成分を除去し、かつ、出力端１８に盧波信号を伝える。
【００１６】
入力サンプリング回路２０はカップラ４０を含み、パイロット信号が加えられた入力信号に比例するサンプリングされた入力信号を発生する。そのカップラは、主導体経路４２および副導体経路４４を含む。サンプリングされた入力信号は、主導体経路４２中の電流によって発生する電磁場から副導体経路４４中に誘導された電流によって生成される。同様に、増幅出力回路２２は、カップラ４６を含み、増幅された出力信号に比例するサンプリングされかつ増幅された出力信号を生成する。サンプリングされた入力信号およびサンプリングされかつ増幅された出力信号は、制御ループ２４に結合され、ここでそれらは制御信号を生成するために用いられる。
【００１７】
制御ループ２４は、サンプリングされた入力信号を受信し、それを参照増幅レベル調整回路４８の入力に結合し、参照増幅レベル信号を生成する。好適な実施例では、参照増幅レベル調整回路４８は可変増幅器５０である。参照増幅レベル信号およびサンプリングされかつ増幅された出力信号は、対応するＲＦ検出器５４，５６を介して、比較回路５２にそれぞれ結合される。
【００１８】
好適な実施例では、ＲＦ検出器５４，５６はダイオード５８，６０であり、それらは参照増幅レベル信号およびサンプリングされかつ増幅された出力信号を整流し、その対応する信号に比例するＤＣ電圧を生成する。
【００１９】
比較回路は、２つの整流した信号を比較し、制御信号を生成し、それは可変増幅回路１６の制御入力に結合される。参照増幅レベル信号は可変増幅器５０の利得に依存するので、その可変増幅器５０の利得を調整することにより、可変増幅回路１６の全利得を対応してセットされ得る。
【００２０】
本願発明によって提供されるパイロット信号の使用により、受信入力信号の信号レベルがパイロット信号の信号レベルを超える場合、比較される整流された信号は受信入力信号と関連する信号レベルに広く対応することになる。しかしながら、受信入力信号の信号レベルがパイロット信号の信号レベルを下回る場合、比較される整流された信号はパイロット信号と関連を有する信号レベルに広く対応する。これは、適切に検出されるに十分高い信号レベルを有するサンプリングされた信号の存在を保証しするとともに、エラー電圧によって深刻な影響を受けるのを避け、利得制御回路が拡張したダイナミック・レンジを有するという少なくとも１つの利点を与える。
【００２１】
前述した説明から、パイロット信号を用いる可変増幅器の利得制御を提供する利得制御回路および方法は、多くの利点を有し、そのいくつかは上述したが、その他は本発明中に実在するものである。また、上記した本回路および方法に対する修正が、本発明の教示から逸脱せずに、なされ得ることが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 パイロット信号を用いる利得制御回路を概略表す本願発明に従うブロック図である。
【図２】 図１に示される利得制御回路のより詳細なブロック図である。

Claims (10)

1. 増幅されるべき入力信号を受信する受信信号入力と、
   前記受信信号入力に結合され、パイロット信号を前記入力信号に加えるパイロット信号注入器と、
   前記パイロット信号注入器に結合され、パイロット信号が加えられた前記入力信号を受信するとともに増幅された出力信号を生成し、制御入力を有する可変増幅回路であって、増幅レベルは前記制御入力で受信した信号の値に依存する、可変増幅回路と、
   前記パイロット信号注入器に結合され、パイロット信号が加えられた前記入力信号をサンプリングする入力サンプリング回路と、
   前記可変増幅回路に結合され、前記増幅された出力信号をサンプリングする出力サンプリング回路と、
   パイロット信号が加えられたサンプリングされた前記入力信号およびサンプリングされかつ増幅された前記出力信号を受信し、前記可変増幅回路の前記制御入力に結合された制御信号を生成する制御ループと、
   から構成されることを特徴とする利得制御回路。
2. 前記パイロット信号注入器は、前記パイロット信号を生成するための発振器と、前記発振器および前記受信信号入力に結合され、パイロット信号が加えられた前記入力信号を生成する加算器とを含むことを特徴とする請求項１記載の利得制御回路。
3. 前記パイロット信号は、正弦波ＡＣ信号であることを特徴とする請求項２記載の利得制御回路。
4. 前記正弦波パイロット信号の周波数は、前記可変増幅回路の動作周波数レンジ内にあるが、前記入力信号の周波数レンジの外にあることを特徴とする請求項３記載の利得制御回路。
5. 前記可変増幅回路に結合され、前記パイロット信号に対応する前記増幅された出力信号の一部を前記増幅された出力信号から盧波する出力フィルタをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の利得制御回路。
6. 前記入力サンプリング回路は、カップラを含むことを特徴とする請求項１記載の利得制御回路。
7. 前記出力サンプリング回路は、カップラを含むことを特徴とする請求項１記載の利得制御回路。
8. 前記制御ループは、パイロット信号が加えられたサンプリングされた前記入力信号を受信し、参照増幅レベル信号を生成する参照増幅レベル調整回路を含むことを特徴とする請求項１記載の利得制御回路。
9. 前記参照増幅レベル調整回路は、可変増幅器を含むことを特徴とする請求項８記載の利得制御回路。
10. パイロット信号を用いて可変増幅器の利得制御を提供する方法において、
    入力信号を受信する段階と、
    前記入力信号にパイロット信号を加える段階と、
    パイロット信号が可変量加えられた前記入力信号を増幅し、増幅された出力信号を生成する段階と、
    パイロット信号が加えられた前記入力信号をサンプリングする段階と、
    前記増幅された出力信号をサンプリングする段階と、
    サンプリングされた前記パイロット信号が加えられた前記入力信号をサンプリングされかつ前記増幅された出力信号と比較する段階であって、前記サンプリングされた前記パイロット信号が加えられた前記入力信号の信号レベルの受信部が予め定める閾値より低くなる場合、前記サンプリングされた前記パイロット信号が加えられた前記入力信号は、パイロット信号を有する前記サンプリングされた入力信号のパイロット信号部から主に構成される、比較する段階と、
    パイロット信号が加えられた前記入力信号を増幅する段階で前記可変増幅量を、前記パイロット信号が加えられた前記サンプリングされた前記入力信号と前記サンプリングされかつ前記増幅された出力信号との間の比較の結果に基づいて、調整する段階と、
    から構成されることを特徴とする方法。

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