JP4478340B2

JP4478340B2 - 受信機

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Publication number: JP4478340B2
Application number: JP2001003739A
Authority: JP
Inventors: 宏二四本
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2000-01-24
Filing date: 2001-01-11
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2021-01-11
Also published as: US20010009573A1; JP2001285377A; US6940925B2; EP1120927A3; EP1120927A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、受信信号のパワーの近似値を検出する受信機に関し、特に、高精度な近似値を高速に検出することが可能な受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば通信システムでは受信機により受信信号のパワー（レベル）を検出することが必要不可欠である。一例として、無線通信システムに備えられる移動局装置では、周辺に存在する複数の基地局装置から受信される信号のパワーを受信機により検出して常に比較しており、例えば当該パワーが最大の基地局装置を最適な基地局装置と認識して通信相手として選択している。
【０００３】
上記のようなパワー検出は、通常、受信信号に基づく演算処理により実現され、このような演算処理について以下で詳しく説明する。なお、本明細書の請求項に言うＩ成分はＩ成分の絶対値を示しており、本明細書の請求項に言うＱ成分はＱ成分の絶対値を示している。また、本明細書の他の部分においても、受信信号のパワーの近似値の検出（演算）において、本明細書に言うＩ成分はＩ成分の絶対値を示しており、本明細書に言うＱ成分はＱ成分の絶対値を示している。
まず、受信信号のＩ成分の値をＩ（Ｉ成分の絶対値）とするとともにＱ成分の値をＱ（Ｑ成分の絶対値）とすると、受信信号のパワーＰは理論的には式１で示される。なお、受信信号のＩ成分及びＱ成分とは、互いに位相が９０度異なる２つのデジタル復調信号のことであり、これらは例えば直交変調が施された受信信号を復調することにより得られる。
【０００４】
【数１】

【０００５】
しかし、上記式１で示した演算処理を実際のデジタル回路で実現しようとすると、例えばＩやＱの二乗演算が含まれているために演算に必要な桁数が倍になってしまう。つまり、デジタル回路で必要なビット数が倍になってしまい、このため、回路が大規模となって回路への圧迫が大きくなってしまう。また、このような演算処理を例えばＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）やＣＰＵ（中央処理装置）により実行する場合であっても、上記のような二乗演算があることから演算処理量や演算処理時間が非常に大きくなってしまう。
【０００６】
そこで、上記式１に示した厳密な理論式ではなく、受信信号のパワーを演算するための近似的な式を用いることにより、上記式１に示したような積和演算を和算のみにする試みが行われている。
ここで、よく用いられる近似式を式２に示す。なお、Ｐは受信信号のパワー（ここでは、近似値）を示し、ＭＡＸ（Ｉ，Ｑ）はＩとＱとで大きい方の値を示し、ＭＩＮ（Ｉ，Ｑ）はＩとＱとで小さい方の値を示す。
【０００７】
【数２】

【０００８】
また、従来では上記式２に示される演算式をデジタル回路による演算処理に適した１つの演算式に更に近似しており、当該近似式を式３に示す。
【０００９】
【数３】

【００１０】
また、図５には、受信機が上記式３に示した近似式を用いて受信信号のパワーの近似値を演算する場合における当該パワー近似演算処理の手順の一例を示してある。
すなわち、受信機では、まず、受信信号のＩ成分及びＱ成分をデジタル信号として取り込み（ステップＳ２１）、ＩとＱとの大小を比較する（ステップＳ２２）。
【００１１】
この結果、Ｉの方が大きい場合には例えばｃ＝Ｉとするとともにｄ＝Ｑとし（ステップＳ２３）、また、Ｑの方が大きい場合にはｃ＝Ｑとするとともにｄ＝Ｉとする（ステップＳ２４）。
次に、受信機では、ｄを１ビット右にシフトさせた値（すなわち、１／２倍した値）をｄ'とし（ステップＳ２５）、そして、ｃ＋ｄ'を演算して当該演算結果を受信信号のパワーの近似値として検出する（ステップＳ２６）。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば上記式３に示した１つの近似式（近似式を更に近似したもの）を用いて受信信号のパワーの近似値を検出する従来の受信機では、当該近似式の誤差が大きいため、当該近似値の精度が悪く、通信品質の劣化を引き起こしてしまうといった不具合があった。
一例として、上記したように周辺に存在する基地局装置からの受信信号のパワーを常に検出して比較しているような移動局装置では、当該検出の誤差が大きすぎることから、最適でない基地局装置を最適な基地局装置として誤認して選択してしまう可能性が高くなるといった不具合があった。
【００１３】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたもので、受信信号のパワーの高精度な近似値を高速に検出することが可能な受信機を提供することを目的とする。
また、本発明は、好ましい一態様として、このような高精度で高速な検出を可能とするデジタル回路を備えた受信機を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る受信機では、次のようにして、受信信号のパワーの近似値を検出する。
すなわち、第１の演算手段が受信信号のＩ成分とＱ成分の内で小さい方の値を１／８倍した値と大きい方の値とを加算し、第２の演算手段が受信信号のＩ成分とＱ成分の内で小さい方の値を１／２倍した値と大きい方の値を７／８倍した値とを加算し、検出手段が第１の演算手段の演算結果と第２の演算手段の演算結果の内で大きい方の値を受信信号のパワーの近似値として検出する。
【００１５】
従って、上記のような演算処理は例えば二乗演算を含んでなく、デジタル演算処理に適していることから演算処理を高速にすることができ、また、例えば後述する実施例で示すように従来の受信機と比べて受信信号のパワーを高精度に（すなわち、高精度な近似値を）検出することができることから、高い通信品質を確保することも可能である。
【００１６】
また、本発明に係る受信機では、例えば次のようなデジタル回路構成により受信信号のパワーの近似値を検出し、これにより、上記と同様に高精度で高速な検出を実現する。
すなわち、第１のコンパレータが受信信号のＩ成分とＱ成分との大小を比較して大きい方の成分を第１の出力値として出力するとともに小さい方の成分を第２の出力値として出力し、３ビットシフトレジスタが第１のコンパレータからの第１の出力値を１／８倍し、減算器が３ビットシフトレジスタからの出力値を第１のコンパレータからの第１の出力値から減算し、１ビットシフトレジスタが第１のコンパレータからの第２の出力値を１／２倍し、２ビットシフトレジスタが１ビットシフトレジスタからの出力値を１／４倍し、第１の加算器が第１のコンパレータからの第１の出力値と２ビットシフトレジスタからの出力値とを加算し、第２の加算器が減算器からの出力値と１ビットシフトレジスタからの出力値とを加算し、第２のコンパレータが第１の加算器からの出力値と第２の加算器からの出力値との大小を比較して大きい方の値を受信信号のパワーの近似値として出力する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
なお、本例では、例えば基地局装置と移動局装置とが無線通信する無線通信システムの当該移動局装置等に備えられる受信機に本発明を適用した場合を示す。図１には、本例の受信機の構成例を示してあり、この受信機には、無線信号を送受信するアンテナ１と、アンテナ１により受信される信号をＩ成分及びＱ成分に復調等する受信部（ＲＸ部）２と、ＲＸ部２から出力されるＩ成分及びＱ成分をベースバンド信号処理するベースバンド信号処理部３と、ＲＸ部２から出力されるＩ成分及びＱ成分を用いて受信信号のパワーの近似値を演算するパワー（ＰＯＷＥＲ）演算処理部４とが備えられている。
【００１８】
ここで、本例の受信機の特徴部分はパワー演算処理部４の構成や当該パワー演算処理部４により行われる処理に関するものであり、以下では、これらについて詳しく説明する。
図２には、本例のパワー演算処理部４のデジタル回路構成例を示してあり、このパワー演算処理部４には、２つのコンパレータ１１、１８と、３つのシフトレジスタ１２、１４、１５と、１つの減算器１３と、２つの加算器１６、１７とが備えられている。
【００１９】
第１のコンパレータ１１はＲＸ部２から出力される受信信号のＩ成分とＱ成分を入力して当該Ｉ成分と当該Ｑ成分との大小を比較し、大きい方の成分を第１の出力値として３ビット（３ｂｉｔｓ）シフトレジスタ１２と減算器１３と第１の加算器１６へ出力する一方、小さい方の成分を第２の出力値として１ビット（１ｂｉｔ）シフトレジスタ１４へ出力する機能を有している。
【００２０】
３ビットシフトレジスタ１２は第１のコンパレータ１１から入力される第１の出力値を３ビット右にシフトさせて（すなわち、１／８倍して）減算器１３へ出力する機能を有している。
減算器１３は第１のコンパレータ１１からの第１の出力値を入力するとともに、３ビットシフトレジスタ１２からの１／８倍値を入力し、当該第１の出力値から当該１／８倍値を減算して当該減算結果（すなわち、第１の出力値を７／８倍した値）を第２の加算器１７へ出力する機能を有している。
【００２１】
１ビットシフトレジスタ１４は第１のコンパレータから出力される第２の出力値を入力し、当該第２の出力値を１ビット右にシフトさせて（すなわち、１／２倍して）２ビット（２ｂｉｔｓ）シフトレジスタ１５と第２の加算器１７へ出力する機能を有している。
２ビットシフトレジスタ１５は１ビットシフトレジスタ１４からの１／２倍値を入力し、当該１／２倍値を２ビット右にシフトさせて（すなわち、１／４倍して）第１の加算器１６へ出力する機能を有している。
【００２２】
第１の加算器１６は第１のコンパレータ１１からの第１の出力値を入力するとともに、２ビットシフトレジスタ１５からの１／４倍値（第２の出力値の１／８倍値）を入力し、当該第１の出力値と当該１／４倍値とを加算して当該加算結果を第２のコンパレータ１８へ出力する機能を有している。
第２の加算器１７は減算器１３からの減算結果を入力するとともに、１ビットシフトレジスタ１４からの１／２倍値を入力し、当該減算結果と当該１／２倍値とを加算して当該加算結果を第２のコンパレータ１８へ出力する機能を有している。
【００２３】
第２のコンパレータ１８は第１の加算器１６から出力される加算結果と第２の加算器１７から出力される加算結果との大小を比較し、大きい方の加算結果の値を受信信号のパワーの近似値として出力する機能を有している。
以上のような回路構成により、本例のパワー演算処理部４では、第２のコンパレータ１８から出力される値（上記した２つの加算結果の内の大きい方の値）を受信信号のパワー（近似値）として検出する。
【００２４】
ここで、上記した第１の加算器１６から出力される加算結果Ｐ１は式４で示され、上記した第２の加算器１７から出力される加算結果Ｐ２は式５で示される。なお、式４や式５で示される近似式はデジタル演算処理に適したものであり、デジタル回路を用いて実現し易いものである。
【００２５】
【数４】

【００２６】
【数５】

【００２７】
また、第２のコンパレータ１８から受信信号のパワー（近似値）Ｐとして出力される値は式６で示される。なお、ＭＡＸ（Ｐ１，Ｐ２）はＰ１とＰ２とで大きい方の値を示す。
【００２８】
【数６】

【００２９】
また、図３には、本例のパワー演算処理部４により行われるパワー近似演算処理の手順の一例を示してある。
すなわち、パワー演算処理部４では、まず、受信信号のＩ成分及びＱ成分をデジタル信号として取り込み（ステップＳ１）、第１のコンパレータ１１によりＩとＱとの大小を比較する（ステップＳ２）。
【００３０】
この結果、Ｉの方が大きい場合には例えばａ（第１の出力値）＝Ｉとするとともにｂ（第２の出力値）＝Ｑとし（ステップＳ３）、また、Ｑの方が大きい場合にはａ＝Ｑとするとともにｂ＝Ｉとする（ステップＳ４）。
【００３１】
次に、パワー演算処理部４では、３ビットシフトレジスタ１２によりａを３ビット右にシフトさせた値（すなわち、１／８倍した値）ａ'を出力し（ステップＳ５）、減算器１３によりａからａ'を減算した値ａ''（＝ａ−ａ'）を出力し（ステップＳ６）、１ビットシフトレジスタ１４によりｂを１ビット右にシフトさせた値（すなわち、１／２倍した値）ｂ'を出力し（ステップＳ７）、２ビットシフトレジスタ１５によりｂ'を２ビット右にシフトさせた値（すなわち、１／４倍した値）ｂ''を出力する（ステップＳ８）。
【００３２】
そして、パワー演算処理部４では、第１の加算器１６によりａ＋ｂ''（▲１▼式）を算出するとともに第２の加算器１７によりａ''＋ｂ'（▲２▼式）を算出し（ステップＳ９）、これら２つの算出結果（加算結果）の大小を第２のコンパレータ１８により比較して（ステップＳ１０）、大きい方の値を選択して受信信号のパワーの近似値として出力する（ステップＳ１１、ステップＳ１２）。
このように、本発明による受信機においては、受信信号のパワーの近似値算出を、複数の近似式を用いて行うことを特徴としている。
【００３３】
また、図４には、本例の受信機により行われるパワー近似演算の精度と、例えば上記従来例で示した式３を用いて従来の受信機により行われるパワー近似演算の精度とを比較したグラフの一例を示してあり、グラフの横軸は位相（ラジアン（×π））を示し、縦軸はパワーを示してある。
【００３４】
同図に示したグラフには、一般的な近似式により得られるパワー近似演算の結果を（ａ）として示し（一般的近似式）、前記従来の受信機により得られるパワー近似演算の結果を（ｂ）として示し（従来方式）、本例の受信機により得られるパワー近似演算の結果を（ｃ）として示してある（本発明方式）。なお、これらの結果は、Ｉ²＋Ｑ²＝１を理想点としたときに得られるものである。
【００３５】
同図のグラフに示されるように、前記従来の受信機により用いられる近似式では計算誤差が大きく、最大で約１１．８パーセント（％）もの誤差が発生してしまう。更に、例えば移動局装置ではＳＩＲ（Signal to Interference ratio）の測定が必要となることがあるが、このような測定を行うと当該測定の誤差が上記した計算誤差に上乗せされるため、従来の受信機では非常に大きな誤差が発生してしまうことになる。
一方、本例の受信機により用いられる近似式では、最大でも０．７８パーセント（％）以下の誤差しか発生しないため、非常に誤差が小さく、精度がよい。
【００３６】
以上のように、本例の受信機では、例えば上記図２に示したようにシフトレジスタやコンパレータ等から構成されたデジタル回路を用いて、受信信号のパワーの高精度な近似値を高速に検出することができ、これにより、高い通信品質を確保することが可能となる。
【００３７】
なお、本例では、第１のコンパレータ１１や１ビットシフトレジスタ１４や２ビットシフトレジスタ１５や第１の加算器１６により上記式４に示した加算結果Ｐ１を演算する機能により、本発明に言う第１の演算手段が構成されている。
また、本例では、第１のコンパレータ１１や３ビットシフトレジスタ１２や減算器１３や１ビットシフトレジスタ１４や第２の加算器１７により上記式５に示した加算結果Ｐ２を演算する機能により、本発明に言う第２の演算手段が構成されている。
【００３８】
また、本例では、これら２つの加算結果Ｐ１、Ｐ２の内で大きい方の値を第２のコンパレータ１８により受信信号のパワーの近似値として選択して検出する機能により、本発明に言う検出手段が構成されている。
ここで、本例では、上記式４〜上記式６に示した演算を実現するのに好ましいデジタル回路構成を用いて当該演算を実行したが、近似式について、上記式４〜上記式６の実施例のみに限定されるものではなく、例えば複数の近似式を用いて演算を行って受信信号のパワーの近似値となる複数の候補を算出し、これら複数の候補の中から良いものを受信信号のパワーの近似値として検出することを特徴とするものであればよい。また、本発明に係る受信機の構成としても特に限定はなく、本発明に係る受信機では、例えば当該演算をＤＳＰやＣＰＵにより実行する構成とすることもできる。
【００３９】
すなわち、本例では、本発明に係るパワー近似演算処理を実行するための各機能手段をハードウエア回路から構成したが、本発明では、例えばプロセッサやメモリ等を備えたハードウエア資源においてプロセッサがＲＯＭに格納された制御プログラムを実行することにより当該処理を実行する構成が用いられてもよい。また、本発明はこのような制御プログラムを格納したフロッピーディスクやＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータにより読み取り可能な記録媒体として把握することもでき、当該制御プログラムを記録媒体からコンピュータに入力してプロセッサに実行させることにより、本発明に係る処理を遂行させることができる。
【００４０】
また、本発明に係る受信機は、例えば無線通信システムの移動局装置に適用することができるばかりでなく、要は、受信信号のパワー（本発明では、近似値）を検出するものであれば、例えば基地局装置や中継局装置や他の通信装置等に適用することも可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る受信機によると、複数の近似式を基に、例えばデジタル回路等を用いて、受信信号のＩ成分とＱ成分の内で小さい方の値を１／８倍した値と大きい方の値とを加算するとともに、受信信号のＩ成分とＱ成分の内で小さい方の値を１／２倍した値と大きい方の値を７／８倍した値とを加算し、これら２つの加算結果の内で大きい方の値を受信信号のパワーの近似値として検出するようにしたため、例えば上記実施例で示したように従来の受信機と比べて高精度な近似値を検出することができ、これにより、高精度で高速なパワー検出を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る受信機の構成例を示す図である。
【図２】パワー演算処理部の回路構成例を示す図である。
【図３】本発明の一実施例に係るパワー近似演算処理の手順の一例を示す図である。
【図４】従来例に係るパワー近似演算と本発明の一実施例に係るパワー近似演算との比較の一例を示す図である。
【図５】従来例に係るパワー近似演算処理の手順の一例を示す図である。
【符号の説明】
１・・アンテナ、２・・受信部、３・・ベースバンド信号処理部、
４・・パワー演算処理部、１１・・第１のコンパレータ、
１２・・３ビットシフトレジスタ、１３・・減衰器、
１４・・１ビットシフトレジスタ、１５・・２ビットシフトレジスタ、
１６・・第１の加算器、１７・・第２の加算器、
１８・・第２のコンパレータ、

Claims

受信信号のパワーの近似値を検出する受信機であって、
受信信号のＩ成分とＱ成分の内で小さい方の値を１／８倍した値と大きい方の値とを加算する第１の演算手段と、
受信信号のＩ成分とＱ成分の内で小さい方の値を１／２倍した値と大きい方の値を７／８倍した値とを加算する第２の演算手段と、
第１の演算手段の演算結果と第２の演算手段の演算結果の内で大きい方の値を受信信号のパワーの近似値として検出する検出手段と、
を備えたことを特徴とする受信機。
受信信号のパワーの近似値を検出する受信機であって、
受信信号のＩ成分とＱ成分との大小を比較して大きい方の成分を第１の出力値として出力するとともに小さい方の成分を第２の出力値として出力する第１のコンパレータと、
第１のコンパレータからの第１の出力値を１／８倍する３ビットシフトレジスタと、
３ビットシフトレジスタからの出力値を第１のコンパレータからの第１の出力値から減算する減算器と、
第１のコンパレータからの第２の出力値を１／２倍する１ビットシフトレジスタと、
１ビットシフトレジスタからの出力値を１／４倍する２ビットシフトレジスタと、
第１のコンパレータからの第１の出力値と２ビットシフトレジスタからの出力値とを加算する第１の加算器と、
減算器からの出力値と１ビットシフトレジスタからの出力値とを加算する第２の加算器と、
第１の加算器からの出力値と第２の加算器からの出力値との大小を比較して大きい方の値を受信信号のパワーの近似値として出力する第２のコンパレータと、
を備えたことを特徴とする受信機。