JP5231915B2

JP5231915B2 - 自動利得制御装置および該方法ならびにｏｆｄｍ受信装置および該方法

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Publication number: JP5231915B2
Application number: JP2008243942A
Authority: JP
Inventors: 友昭水田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-09-24
Filing date: 2008-09-24
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2028-09-24
Also published as: JP2010081015A

Description

本発明は、ＯＦＤＭ信号を好適に増幅することができる自動利得制御装置および自動利得制御方法に関する。そして、本発明は、この自動利得制御装置を備えるＯＦＤＭ受信装置およびこの自動利得制御方法を備えるＯＦＤＭ受信方法に関する。

通信信号によって情報伝達を行う通信システムでは、通信信号が送信装置から受信装置まで伝播する間に、通常、減衰してしまうため、受信装置は、受信した通信信号を増幅器によって増幅し、その信号強度（信号レベル）を大きくしてからアナログ−ディジタル変換器（ＡＤ変換器）でアナログ−ディジタル変換し、その後、所定の信号処理を行うことによって目的の情報を取り出している。この場合において、増幅器の利得は、一般に、ＡＤ変換器のダイナミックレンジを有効に活用することができるように、受信した通信信号の信号強度に基づいて利得を自動的に調整する自動利得制御回路（ＡＧＣ回路）によって自動的に調整される。そして、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing；直交周波数分割多重）方式では、従来、ＡＧＣ回路は、ＯＦＤＭ信号におけるプリアンブル部の信号強度に基づいて利得を求め、この求めた利得で増幅するように増幅部を制御し、この利得で固定的にＯＦＤＭ信号のデータ部を増幅部に増幅させていた。このため、ＯＦＤＭ信号におけるデータ部の信号強度が変動すると、ＡＧＣ回路がこの信号強度の変動に追従していないため、ＡＤ変換器で出力の飽和や切り捨てが行われ、ＡＤ変換器のダイナミックレンジが必ずしも有効に活用されない。

このため、例えば、特許文献１に開示のＯＦＤＭ復調器は、入力したＯＦＤＭ受信信号のレベルに応じて出力信号レベルが一定となるように利得制御を行う自動利得制御増幅手段と、前記自動利得制御増幅手段の出力信号を一定時間遅延させる遅延手段と、前記自動利得制御増幅手段の出力信号と前記遅延手段の出力信号の相関演算を行いバーストの検出を行うバースト検出手段と、前記自動利得制御増幅手段の出力信号を前記バースト検出手段の出力信号に基づいて離散フーリエ変換してＯＦＤＭ信号の復調を行うＯＦＤＭ復調手段と、前記ＯＦＤＭ復調手段の出力信号からパケット信号の受信およびパケット信号の終了時刻の検出を行うパケット信号検出手段と、前記自動利得制御増幅手段の出力信号を長時間平均し目標との差分でＡＧＣ制御値を求めるＯＦＤＭ信号電力平均手段と、前記ＯＦＤＭ受信信号、前記バースト検出手段の出力、前記パケット信号検出手段の出力および前記ＯＦＤＭ信号電力平均手段の出力によって前記自動利得制御増幅手段を制御する自動利得制御増幅手段制御手段を備え、前記自動利得制御増幅手段制御手段は、前記ＯＦＤＭ受信信号中のＡＧＣ用プリアンブル部分からＡＧＣ制御値を算出する応答が速いＡＧＣ回路、または前記算出したＡＧＣ制御値に前記ＯＦＤＭ信号電力平均手段が求めたＡＧＣ制御値を加算する応答が遅いＡＧＣ回路を構成するものである。前記応答が速いＡＧＣ回路は、ＡＧＣ用プリアンブル部からＡＧＣ制御値を算出し、これによって初期のＡＧＣ制御値が決定される一方、前記応答が遅いＡＧＣ回路は、十分に収束可能な時間が経過した後に、ＡＧＣ用プリアンブル部で求めたＡＧＣ制御値と利得を固定した以降で生じた振幅変動分とを加算することによってＡＧＣ制御値を算出し、これによって利得制御が行われる。このような構成の特許文献１に開示のＯＦＤＭ復調器によれば、ＯＦＤＭ受信信号のプリアンブル部に対しては、高速に応答するがあまり平滑化されないＡＧＣ回路を適用し、ＯＦＤＭ受信信号のデータ部に対しては、応答は遅いが十分に平滑化されるＡＧＣ回路を適用するというように、収束時間の異なる２種類のＡＧＣ回路を使い分けた構成としたため、ＯＦＤＭ受信信号のデータ部で起こった振幅変動にも増幅手段の利得制御が追従することにより、ＯＦＤＭ復調器のスループットを損なうことなくバースト全体の振幅変動耐性が向上する、と特許文献１に記載されている。
特開２００７−０３６６３９号公報

ところで、ＯＦＤＭ方式には、各サブキャリア（搬送波）ごとに変調方式、送信電力および符号化率等の伝送パラメータを伝送路特性に応じて適応的に決定する適応サブキャリア変調があるが、前記特許文献１に開示のＯＦＤＭ復調器では、上述したように、前記応答が速いＡＧＣ回路によって算出されたＡＧＣ制御値にデータ部の振幅変動分を加算することによってＡＧＣ制御値が算出されている。すなわち、前記特許文献１に開示のＯＦＤＭ復調器では、前記応答が速いＡＧＣ回路によって算出されたＡＧＣ制御値を基準に、データ部の振幅変動分でＡＧＣ制御値が調整されている。このため、前記特許文献１に開示のＯＦＤＭ復調器では、適応サブキャリア変調によるサブキャリア数の変化に適切に対応することが難しい。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、適応サブキャリア変調によるサブキャリア数の変化により適切に対応することができる自動利得制御装置および自動利得制御方法を提供することである。そして、本発明は、この自動利得制御装置を備えるＯＦＤＭ受信装置およびこの自動利得制御方法を備えるＯＦＤＭ受信方法を提供することである。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明にかかる一態様では、ＯＦＤＭ方式の通信信号を増幅する場合の利得を制御する自動利得制御装置において、前記通信信号のプリアンブル部について第１所定時間での信号電力平均を算出して第１信号電力平均値を求める第１電力平均算出部と、前記第１信号電力平均値および予め設定された第１基準値に基づいて、少なくとも前記通信信号の前記プリアンブル部を増幅する場合に用いられる第１利得を求める第１利得制御部と、前記通信信号のデータ部について前記データ部の開始時点から予め設定された第２基準値算出用所定時間での信号電力平均を算出して第２基準値を求める第２基準値算出部と、前記通信信号のデータ部について第２所定時間での信号電力平均を算出して第２信号電力平均値を求める第２電力平均算出部と、前記第２信号電力平均値および前記第２基準値に基づいて、前記通信信号の前記データ部を増幅する場合に用いられる第２利得を求める第２利得制御部とを備え、前記第２電力平均算出部は、前記通信信号の前記データ部を増幅している間に、算出開始時点を異ならせて前記第２所定時間での信号電力平均を算出して第２信号電力平均値を繰り返し求め、前記第２利得制御部は、前記第２電力平均算出部で繰り返し求められた第２信号電力平均値に対応して、前記第２利得を求めることを特徴とする。そして、本発明にかかる他の一態様では、ＯＦＤＭ方式の通信信号を増幅する場合の利得を制御する自動利得制御方法において、前記通信信号のプリアンブル部について第１所定時間での信号電力平均を算出して第１信号電力平均値を求める第１電力平均算出工程と、前記第１信号電力平均値および予め設定された第１基準値に基づいて、少なくとも前記通信信号の前記プリアンブル部を増幅する場合に用いられる第１利得を求める第１利得制御工程と、前記通信信号のデータ部について前記データ部の開始時点から予め設定された第２基準値算出用所定時間での信号電力平均を算出して第２基準値を求める第２基準値算出工程と、前記通信信号のデータ部について第２所定時間での信号電力平均を算出して第２信号電力平均値を求める第２電力平均算出工程と、前記第２信号電力平均値および前記第２基準値に基づいて、前記通信信号の前記データ部を増幅する場合に用いられる第２利得を求める第２利得制御工程とを備え、前記第２電力平均算出工程は、前記通信信号の前記データ部を増幅している間に、算出開始時点を異ならせて前記第２所定時間での信号電力平均を算出して第２信号電力平均値を繰り返し求め、前記第２利得制御工程は、前記第２電力平均算出部で繰り返し求められた第２信号電力平均値に対応して、前記第２利得を求めることを特徴とする。

このような構成の自動利得制御装置および自動利得制御方法では、通信信号のデータ部について第２所定時間での信号電力平均を算出することによって第２信号電力平均値が求められ、通信信号のデータ部に関する情報に基づいて第２基準値が求められ、そして、第２信号電力平均値および第２基準値に基づいて、通信信号のデータ部を増幅する場合に用いられる第２利得が求められる。さらに、通信信号のデータ部を増幅している間では、算出開始時点を異ならせて第２所定時間での信号電力平均を算出することによって第２信号電力平均値が繰り返し求められ、この繰り返し求められた第２信号電力平均値に対応して第２利得が求められる。このため、ＯＦＤＭ方式の通信において、適応サブキャリア変調によるサブキャリア数の変化によってデータ部の信号レベルに変動が生じたとしても、データ部に関する情報に基づいて求められた第２基準値を基準に、第２利得を前記変動に追従させることが可能となる。したがって、このような構成の自動利得制御装置および自動利得制御方法では、適応サブキャリア変調によるサブキャリア数の変化により適切に対応することができる。

また、この構成によれば、データ部の開始時点から所定時間での信号電力平均を算出することによって信号電力平均値が第２基準値とされる。このため、実際に受信した通信信号のデータ部に基づいて第２基準値が設定されるので、適応サブキャリア変調によるサブキャリア数の変化にさらにより適切に対応することができる。

また、これら上述の自動利得制御装置において、前記第２利得制御部は、前記第２信号電力平均値と前記第２基準値との比が予め設定された所定範囲外である場合に、前記第２利得を求めることを特徴とする。

この構成によれば、第２信号電力平均値と第２基準値との比が所定範囲外である場合に第２利得が求められるので、利得の制御ステップ幅を考慮して第２利得を求めることが可能となる。このため、利得制御に関与しない前記変動に対し無駄な処理を実行しないで済む。

また、これら上述の自動利得制御装置において、前記第２利得制御部は、前記第２信号電力平均値と前記第２基準値との比が予め設定された所定範囲外である場合が複数回連続した場合に、前記第２利得を求めることを特徴とする。

この構成によれば、第２信号電力平均値と第２基準値との比が所定範囲外である場合が複数連続した場合に第２利得が求められるので、単発的な前記変動に対し第２利得が求められることがなく、安定的に第２利得が求められる。

また、これら上述の自動利得制御装置において、ＯＦＤＭ方式の通信信号を増幅する場合の利得を前記第２利得に制御するタイミングは、前記通信信号の前記データ部におけるガードインターバルの区間内であることを特徴とする。

ＯＦＤＭシンボルは、ガードインターバルの区間とデータの区間とから構成されるが、この構成によれば、ＯＦＤＭ方式の通信信号を増幅する場合の利得を第２利得に制御するタイミングがこのガードインターバルの区間内であるので、データの区間に第２利得の変更によって生じる影響を与えることがない。

また、上述の自動利得制御装置において、利得制御の前後における第２利得に基づいてチャネル等化の等化係数（complex channel response coefficients）を補正する等化係数補正部をさらに備えることを特徴とする。

第２利得の変更によっていわゆるチャネル等化に影響を与えるが、この構成によれば、利得制御の前後における第２利得に基づいてチャネル等化の等化係数を補正する等化係数補正部をさらに備えるので、第２利得を変更したとしても、チャネル等化を適切に実行することができる。

また、これら上述の自動利得制御装置において、ＯＦＤＭ方式の通信信号を増幅する場合の利得を前記第２利得に制御するタイミングは、前記通信信号の前記データ部における、所定数のＯＦＤＭシンボルごとに置かれ既知の固定パターン信号から成るパイロット信号のガードインターバルの区間内であることを特徴とする。

この構成によれば、ＯＦＤＭ方式の通信信号を増幅する場合の利得を第２利得に制御するタイミングが前記パイロット信号のガードインターバルの区間内であるので、第２利得の変更によってデータの区間に対するチャネル等化に影響を与えることがない。

そして、本発明にかかる他の一態様では、ＯＦＤＭ方式の通信信号を受信するためのＯＦＤＭ受信装置において、利得を変更することができ、ＯＦＤＭ方式の通信信号を前記利得で増幅する可変利得増幅部と、前記可変利得増幅部の前記利得を制御する自動利得制御部とを備え、前記自動利得制御部は、これら上述のいずれかの自動利得制御装置であることを特徴とする。

このような構成のＯＦＤＭ受信装置では、これら上述のいずれかの自動利得制御装置を可変利得増幅部の利得を制御する自動利得制御部として備えるので、適応サブキャリア変調によるサブキャリア数の変化により適切に対応することができる。

そして、本発明にかかる他の一態様では、ＯＦＤＭ方式の通信信号を受信するためのＯＦＤＭ受信方法において、利得を変更することができ、ＯＦＤＭ方式の通信信号を前記利得で増幅する可変利得増幅工程と、前記可変利得増幅工程の前記利得を制御する自動利得制御工程とを備え、前記自動利得制御工程は、上述の自動利得制御方法であることを特徴とする。

このような構成のＯＦＤＭ受信方法では、上述の自動利得制御方法を可変利得増幅工程の利得を制御する自動利得制御工程として備えるので、適応サブキャリア変調によるサブキャリア数の変化により適切に対応することができる。

本発明にかかる自動利得制御装置および自動制御利得方法ならびにＯＦＤＭ受信装置およびＯＦＤＭ受信方法は、適応サブキャリア変調によるサブキャリア数の変化により適切に対応することができる。

以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。

図１は、実施形態におけるＯＦＤＭ受信装置の構成を示すブロック図である。図２は、実施形態のＯＦＤＭ受信装置におけるＡＧＣ制御部の構成を示すブロック図である。図３は、ＯＦＤＭ信号のパケットのフレーム構成を示す図である。

実施形態におけるＯＦＤＭ受信装置ＲＶは、周波数軸上で直交関係を有する狭帯域サブキャリア（狭帯域搬送波）をディジタル変調して多重化する通信方式であるＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing；直交周波数分割多重）方式の通信信号（ＯＦＤＭ信号）を受信するための装置である。そして、このＯＦＤＭ信号には、適応サブキャリア変調が適用されている。

適応サブキャリア変調は、各サブキャリア（搬送波）ごとに変調方式、送信電力および符号化率等の伝送パラメータを送受信装置間の伝送路特性（伝送路の通信状態）に応じて適応的に決定する方式である。この適応サブキャリア変調では、情報データの通信開始に先立って、まず、伝送路特性を評価するための評価用パケットを送信装置が受信装置へ送信し、この評価用パケットに基づいて受信装置がいわゆるエラーベクトルマグニチュード（ＥＶＭ）を見積もり、この見積もったＥＶＭに基づいて予め設定された所定の基準に従って、送受信装置間で使用するサブキャリア、変調方式および符号化率等の伝送パラメータを決定し、この決定した伝送パラメータに関する情報を送信装置へ返送する。これによって送信装置は、受信装置で決定した伝送パラメータに応じてＯＦＤＭ信号のパケットを作成し、情報データの通信を開始する。ＯＦＤＭ信号のパケットにおけるデータ部の信号平均電力は、サブキャリアの本数に比例して変化するが、本実施形態におけるＯＦＤＭ受信装置ＲＶは、同一パケットでの振幅変動にも追従して自動利得制御を実行することができる。

このようなＯＦＤＭ受信装置ＲＶは、例えば、図１に示すように、アナログフロントエンド部１と、可変利得増幅部２と、アナログ−ディジタル変換部（ＡＤ変換部）３と、ガードインターバル除去部（ＧＩ除去部）４と、高速フーリエ変換部（ＦＦＴ部）５と、復調部６と、自動利得制御部（ＡＧＣ部）７と、タイミング検出部８と、基準値記憶部９とを備えて構成される。

伝送路（不図示）を介して受信された受信波は、アナログフロントエンド部１で所定のアナログ処理が施された後に、可変利得増幅部２へ入力される。前記所定のアナログ処理として、アナログフロントエンド部１では、例えば、受信波は、低雑音増幅回路で増幅され、ローパスフィルタ回路で高周波ノイズが除去され、そして、周波数変換回路で中間周波数へ変換された後に、さらに、増幅回路で増幅される。なお、伝送路は、特に限定されず、有線であっても、無線であってもよい。また、伝送路が有線である場合において、伝送路は、通信用の線路によって構成されてもよく、また、例えば電力線のように、他の用途用の線路を用いて構成されたものであってもよい。

受信波は、ＯＦＤＭ方式のパケット信号であり、そのフレーム構成は、例えば、図３に示すように、受信同期を確立するためのプリアンブル信号を収容するＰＬＣＰ（Physical Layer Convergence Protocol）プリアンブル部４１と、ヘッダ情報を収容するヘッダ部４２と、送信すべきデータを収容するためのデータ部４３とを備えて構成されている。

ＰＬＣＰプリアンブル部４１は、ショートトレーニングシンボル（ショートトレーニングシーケンス、ＳＴＳ）を備えるショートプリアンブル４１１と、ロングトレーニングシンボル（ロングトレーニングシーケンス、ＬＴＳ）を備えるロングプリアンブル４１２とを備えて構成される。ＳＴＳおよびＬＴＳは、それぞれ、受信側で既知の固定パターン信号である。ＳＴＳは、主に、いわゆる、タイミング検出やＡＦＣ（Automatic Frequency Control、自動周波数制御）粗調整に利用され、ＬＴＳは、主に、いわゆるＡＦＣ微調整やチャネル推定に利用される。例えば、８０２．１１ａ規格では、ショートプリアンブル４１１は、１０個のＳＴＳから構成され、１個のＳＴＳは、０．８μＳであり、ロングプリアンブル４１２は、２個のＬＴＳから構成され、１個のＬＴＳは、３．２μＳである。

ヘッダ情報は、物理レイヤにおいてパケット信号を受信処理する上で必要な情報であり、例えば、データ部４３の伝送速度やデータ長等が含まれる。

データ部４３は、複数のＯＦＤＭシンボルを備えて構成され、例えば、データ信号４３２を収容する所定数のＯＦＤＭシンボルと、パイロット信号（ＰＳ）４３３を収容する所定数のＯＦＤＭシンボルとを備えて構成される。各ＯＦＤＭシンボルには、その先頭にガードインターバル（ＧＩ、Guard Interval）４３１を備えている。ＧＩ４３１は、シンボル間干渉を回避するために設けられた、受信時には除去される冗長信号である。ＧＩ４３１は、データ信号４３２の後端の一定期間（ＰＳ４３３の場合にはＰＳ４３３の後端の一定期間）をコピー（複写）した信号である。例えば、８０２．１１ａ規格では、ＯＦＤＭシンボルは、４μＳであり、ＧＩ４３１は、０．８μＳである。パイロット信号は、例えば、８０２．１１ａ規格のパイロット信号であってもよいが、本実施形態では、パイロット信号は、全サブキャリアに予め設定された所定数のＯＦＤＭシンボルごとに置かれ既知の固定パターン信号から成る信号である。より具体的には、本実施形態では、パイロット信号は、データ信号４３２を収容するＯＦＤＭシンボル１０個おきに配置されたＬＴＳと同一の固定パターン信号である。このパイロット信号は、ＬＴＳと同様に、チャネル推定に使用され、また、随時に位相回転や振幅変動を補正すべく、上述のように、データ信号４３２を収容するＯＦＤＭシンボル間に配置されている。

可変利得増幅部２では、ＡＧＣ部７からのＡＧＣ信号に応じて制御された利得でアナログフロントエンド部１の出力が増幅され、ＡＤ変換部３へ入力される。ＡＤ変換部３では、可変利得増幅部２の出力がアナログからディジタルへ変換され、ＧＩ除去部４、ＡＧＣ部７およびタイミング検出部８へそれぞれ入力される。

タイミング検出部８では、ＡＤ変換部３の出力から、キャリア周波数同期およびシンボルタイミング同期がそれぞれ検出され、ＧＩ除去部４では、タイミング検出部８で検出されたシンボルタイミング同期に基づいてＧＩがＯＦＤＭシンボルから除去され、ＦＦＴ部５へ入力される。キャリア周波数同期は、送受信装置間のキャリア周波数誤差を調整し、それらの間のキャリア周波数の同期を取ることであり、シンボルタイミング同期は、ＯＦＤＭ信号４０の到来を検出し、ＯＦＤＭシンボルと復調処理のタイミングの同期を取ることである。

ＦＦＴ部５では、タイミング検出部８で検出されたシンボルタイミング同期に基づいてＦＦＴウィンドウが開かれ、ＧＩを除去したＯＦＤＭシンボルに対し、時間軸上の情報を周波数軸上の情報に変換する高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が行われ、復調部６へ入力される。復調部６では、ＦＦＴ部５の出力に対し、所定の信号処理が行われ、目的の情報が取り出される。前記所定の信号処理として、復調部６では、例えば、チャネル推定、チャネル等化、位相トラッキング、サブキャリア復調、軟判定、デインターリーブおよびビタビ復号の各処理が行われる。

例えば、チャネル推定およびチャネル等化は、マルチパス伝搬環境下の伝送路で歪んだ位相と振幅とを推定して、その歪んだ成分をサブキャリア復調前に除去する処理である。より具体的には、チャネル推定は、受信波のＬＴＳとＯＦＤＭ受信装置ＲＶに予め記憶されている既知のＬＴＳとの比較を複素除算演算で行って、前記受信波のＬＴＳから前記既知のＬＴＳを除去した信号を生成し、サブキャリア信号の位相および振幅の伝送路歪みを推定する。チャネル等化は、チャネル推定で推定されたサブキャリア信号の位相および振幅の伝送路歪みおよび等化係数を用いて、データ部４３のＯＦＤＭ信号４０から伝送路歪みを除去する。

また、基準値記憶部９は、例えば、揮発性の記憶素子であるＲＡＭ（Random Access Memory）あるいは書き換え可能な不揮発性の記憶素子であるＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）等およびその周辺回路を備えて構成され、機能的に、第１基準値を記憶する第１基準値記憶部３１と、第２基準値を記憶する第２基準値記憶部３２とを備えている。第１基準値は、少なくともＯＦＤＭ信号４０のＰＬＣＰプリアンブル部４１を増幅する場合の第１利得の基準である。第２基準値は、ＯＦＤＭ信号４０のデータ部４３を増幅する場合の第２利得の基準である。

ＡＧＣ部７は、例えば、マイクロプロセッサおよびその周辺回路を備えて構成され、ＡＤ変換部３の出力、基準値記憶部９に記憶されている第１基準値および第２基準値に基づいて可変利得増幅部２の利得を算出し、この算出した利得で可変利得増幅部２を制御するためのＡＧＣ信号を生成し、この生成したＡＧＣ信号を可変利得増幅部２へ出力する。

ＡＧＣ部７は、例えば、図２に示すように、機能的に、電力平均算出部２１と、第２基準値算出部２２と、基準比算出部２３と、利得算出部２４と、ＡＧＣ信号生成部２５とを備えて構成される。

電力平均算出部２１は、ＡＤ変換部３の出力に基づいて、ＯＦＤＭ信号４０について予め設定された所定時間での信号電力平均を算出して信号電力平均値を求めるものである。すなわち、第１に、電力平均算出部２１は、ＯＦＤＭ信号４０のＰＬＣＰプリアンブル部４１について予め設定された第１所定時間での信号電力平均を算出して第１信号電力平均値を求め、第２に、ＯＦＤＭ信号４０のデータ部４３について予め設定された第２所定時間での信号電力平均を算出して第２信号電力平均値を求める。このように電力平均算出部２１は、第１電力平均算出部および第２電力平均算出部の一実施例に相当する。

第２基準値算出部２２は、ＯＦＤＭ信号４０のデータ部４３に関する情報に基づいて第２基準値を求めるものである。本実施形態では、第２基準値算出部２２は、ＯＦＤＭ信号４０のデータ部４３についてデータ部４３の開始時点から予め設定された第２基準値算出用所定時間での信号電力平均を算出して第３信号電力平均値を求め、この求めた第３信号電力平均値を第２基準値とし、記憶部９の第２基準値記憶部３２へ格納（記憶）するものである。より具体的には、第２基準値算出部２２は、電力平均算出部２１によって前記第３信号電力平均値を求めて第２基準値とする。

基準比算出部２３は、信号電力平均値と基準値との比（＝信号電力平均値／基準値）を算出するものである。本実施形態では、基準比算出部２３は、第１に、電力平均算出部２１によって算出された第１信号電力平均値と、第１基準値記憶部３１に記憶されている第１基準値との比（第１基準比＝第１信号電力平均値／第１基準値）を算出し、第２に、電力平均算出部２１によって算出された第２信号電力平均値と、第２基準値記憶部３２に記憶されている第２基準値との比（第２基準比＝第２信号電力平均値／第２基準値）を算出する。

利得算出部２４は、可変利得増幅部２の出力レベルが基準値となるように、基準比算出部２３によって算出した基準比に基づいて利得（増幅率）を算出するものである。本実施形態では、利得算出部２４は、第１に、可変利得増幅部２の出力レベルが第１基準値となるように、基準比算出部２３によって算出した第１基準比に基づいて利得（第１利得、第１増幅率）を算出し、第２に、可変利得増幅部２の出力レベルが第２基準値となるように、基準比算出部２３によって算出した第２基準比に基づいて利得（第２利得、第２増幅率）を算出する。この第２利得の算出に当たって、本実施形態では、利得算出部２４は、ＡＧＣ信号の更新が必要か否かを判断すべく、第２基準比が予め設定された所定範囲外であるか否かを判断し、前記所定範囲外である場合に、第２利得を求めるものである。より具体的には、本実施形態では、利得算出部２４は、第２基準比の対数値を求め、この求めた第２基準比の対数値が前記所定範囲に対応する対数値の所定範囲外であるか否かを判断し、前記所定範囲外である場合に、第２利得を求める。利得算出部２４が前記所定範囲外である場合に第２利得を求めるように構成されているのは、例えばノイズや演算誤差等によって第２利得が過度に更新されることを防止するためであり、前記所定範囲は、この趣旨に従って適宜に設定され、例えば、前記所定値は、この趣旨に従ってＡＧＣ信号のステップ幅またはその整数倍に設定される。例えば、前記所定値は、ＡＧＣ信号の数倍に設定される。

そして、電力平均算出部２１は、ＯＦＤＭ信号４０のデータ部４３を増幅している間に、算出開始時点を異ならせて第２所定時間での信号電力平均を算出して第２信号電力平均値を繰り返し求め、基準比算出部２３および利得算出部２４は、第２電力平均算出部で繰り返し求められた第２信号電力平均値に対応して第２利得を求めるものである。

このように本実施形態では、基準比算出部２３および利得算出部２４によって第１利得制御部の一実施例が構成され、そして、基準比算出部２３および利得算出部２４によって第２利得制御部の一実施例が構成されている。

そして、ＡＧＣ信号生成部２５は、利得算出部２４によって算出された利得で入力を増幅するように可変利得増幅部２を制御するためのＡＧＣ信号を生成し、この生成したＡＧＣ信号を可変利得増幅部２へ出力してＡＧＣ信号を更新するものである。本実施形態では、ＡＧＣ信号生成部２５は、第１に、利得算出部２４によって算出された第１利得で入力を増幅するように可変利得増幅部２を制御するための第１ＡＧＣ信号を生成し、この生成した第１ＡＧＣ信号を可変利得増幅部２へ出力してＡＧＣ信号を更新し、第２に、利得算出部２４によって算出された第２利得で入力を増幅するように可変利得増幅部２を制御するための第２ＡＧＣ信号を生成し、この生成した第２ＡＧＣ信号を所定のタイミングで可変利得増幅部２へ出力してＡＧＣ信号を更新する。

次に、本実施形態の動作について説明する。図４は、実施形態のＯＦＤＭ受信装置における自動利得制御の動作を示すフローチャートである。図５は、実施形態のＯＦＤＭ受信装置における自動利得制御の動作を示すタイムチャートである。図６は、ＰＳの区間で第２利得を更新する場合における自動利得制御の動作を示すタイムチャートである。図５および図６において、上段は、ＯＦＤＭ信号４０のパケットを示し、中段は、利得の時間変化を示し、下段は、信号平均電力値の時間変化を示す。また、図５および図６において、中段では、横軸は、時間であり、その縦軸は、利得であり、そして、下段では、横軸は、時間であり、その縦軸は、信号平均電力値である。

図４において、ＯＦＤＭ受信装置ＲＶでは、その動作が開始されると、まず、ステップＳ１１において、必要な各部の初期設定が行われる。例えば、ＡＧＣ部７は、予め設定された利得（初期利得）で入力を増幅するように可変利得増幅部２を制御するためのＡＧＣ信号（初期ＡＧＣ信号）を生成し、この生成した初期ＡＧＣ信号を可変利得増幅部２へ出力する。この初期ＡＧＣ信号が入力されると、可変利得増幅部２は、利得を前記初期利得に設定する。そして、図略の伝送路を介して受信波が受信されると、受信波は、アナログフロントエンド部１、可変利得増幅部２およびＡＤ変換部３を介してＡＧＣ部７に入力される。

ＡＧＣ部７は、受信波が入力されると、電力平均算出部２１によって、ＯＦＤＭ信号４０のＰＬＣＰプリアンブル部４１におけるショートプリアンブル４１１の第１所定時間においてその信号電力平均を演算し、第１信号電力平均値を算出する（Ｓ１２）。第１所定時間は、ショートプリアンブル４１１の全期間であってもよく、また、ショートプリアンブル４１１の一部の期間であってもよい。

次に、ＡＧＣ部７は、基準比算出部２３によって、電力平均算出部２１によって算出された第１信号電力平均値と、第１基準値記憶部３１に記憶されている第１基準値との第１基準比を算出する（Ｓ１３）。

次に、ＡＧＣ部７は、利得算出部２４によって、可変利得増幅部２の出力レベルが第１基準値となるように、基準比算出部２３によって算出した第１基準比に基づいて利得（第１利得、第１増幅率）を算出する（Ｓ１４）。本実施形態では、第１利得×第１基準比＝１となるように、第１利得が第１基準比から算出される。なお、ステップＳ１３およびステップＳ１４の代わりに、ＡＧＣ部７が前記第１信号電力平均値および前記第１基準値に基づいて第１利得（＝第１基準比／第１信号電力平均値）を算出するステップ（工程）とされてもよい。後述の第２利得の算出も同様である。

次に、ＡＧＣ部７は、ＡＧＣ信号生成部２５によって、利得算出部２４によって算出された第１利得で入力を増幅するように可変利得増幅部２を制御するための第１ＡＧＣ信号を生成し（Ｓ１５）、この生成した第１ＡＧＣ信号を可変利得増幅部２へ出力してＡＧＣ信号を更新する（Ｓ１６）。ＡＧＣ信号は、例えば、６ビットのレンジを持つディジタル信号であって、１ｄＢステップで設定可能であり、前記第１利得の対数値と１ｄＢステップで設定される値との間において、前記第１利得の対数値に最も近い値に対応するデータが選択され、この選択されたデータが第１ＡＧＣ信号とされる。可変利得増幅部２では、初期ＡＧＣ信号から変わって第１ＡＧＣ信号が入力され、可変利得増幅部２は、利得を第１利得に設定し、入力を第１利得で増幅してＡＤ変換部３へ出力する。ＡＤ変換部３は、入力をアナログからディジタルへ変換して、ＧＩ除去部４、ＡＧＣ部７およびタイミング検出部８へそれぞれ出力する。

なお、可変利得増幅部２の回路特性から、可変利得増幅部２の利得を第１利得に１回の設定動作で設定されない場合には、可変利得増幅部２の利得の設定動作を複数回繰り返すことによって徐々に第１利得へ可変利得増幅部２の利得が設定されてもよい。

次に、タイミング検出部８は、ＡＤ変換部３の出力から、ＳＴＳおよびＬＴＳに基づいてキャリア周波数同期およびシンボルタイミング同期をそれぞれ検出するように動作し、キャリア周波数同期およびシンボルタイミング同期を検出したか否かを判断する（Ｓ１７）。すなわち、同期確立が行われたか否かが判断される。この結果、同期を確立することができなかった場合（Ｎｏ）には、処理が戻されてステップＳ１１が実行され、一方、同期を確立することができた場合（Ｙｅｓ）には、続いて、ステップＳ１８が実行される。

ステップＳ１８において、同期が確立されると、ＡＧＣ部７は、電力平均算出部２１によって、ＯＦＤＭ信号４０におけるデータ部４３の所定期間（第２基準値算出用所定時間）においてその信号電力平均を演算し、信号電力平均値（第３信号電力平均値）を算出し、この算出した第３信号電力平均値を第２基準値として第２基準値記憶部３２へ格納（記憶）する。前記第２基準値算出用所定時間は、適宜に予め設定される。

次に、ＯＦＤＭ信号４０のパケットが終了したか否かが判断される（Ｓ１９）。この判断の結果、パケットが終了している場合（Ｙｅｓ）には、必要な各部がリセットされ（Ｓ２７）、処理が戻されてステップＳ１１が実行される。一方、この判断の結果、パケットが終了していない場合（Ｎｏ）には、ステップＳ２１が実行され、ＡＧＣ部７は、電力平均算出部２１によって、引き続き、ＯＦＤＭ信号４０におけるデータ部４３の第２所定時間においてその信号電力平均を演算し、信号電力平均値（第２信号電力平均値）を算出する。

次に、ＡＧＣ部７は、基準比算出部２３によって、電力平均算出部２１によって算出された第２信号電力平均値と、第２基準値記憶部３２に記憶されている第２基準値との第２基準比を算出する（Ｓ２２）。

次に、ＡＧＣ部７は、利得算出部２４によって、ＡＧＣ信号の更新が必要か否かを判断すべく、第２基準比の対数値を求め、この求めた第２基準比の対数値が予め設定された所定範囲外であるか否かを判断する（Ｓ２３）。より具体的には、本実施形態では、ＡＧＣ部７は、利得算出部２４によって、この求めた第２基準比の対数値が予め設定された所定範囲に応じた前記所定範囲外であるか否かを判断する。この判断の結果、第２基準比の対数値が前記所定範囲外ではない場合（Ｎｏ）には、処理が戻されステップＳ２１が実行される。一方、この判断の結果、第２基準比の対数値が前記所定範囲外である場合（Ｙｅｓ）には、ステップＳ２４が実行される。

ステップＳ２４において、ＡＧＣ部７は、利得算出部２４によって、可変利得増幅部２の出力レベルが第２基準値となるように、基準比算出部２３によって算出した第２基準比に基づいて利得（第２利得、第２増幅率）を算出する。本実施形態では、第２利得×第２基準比＝１となるように、第２利得が第２基準比から算出される。このように第２基準比の対数値が前記所定範囲外である場合に第２利得が求められるので、利得の制御ステップ幅を考慮して第２利得を求めることが可能となる。このため、利得制御に関与しない前記変動に対し無駄な処理を実行しないで済む。

次に、ＡＧＣ部７は、ＡＧＣ信号生成部２５によって、利得算出部２４によって算出された第２利得で入力を増幅するように可変利得増幅部２を制御するためのＡＧＣ信号（第２ＡＧＣ信号）を生成し（Ｓ２５）、この生成した第２ＡＧＣ信号を所定のタイミングで可変利得増幅部２へ出力してＡＧＣ信号を更新する（Ｓ２６）。第１ＡＧＣ信号と同様に、前記第２利得の対数値と１ｄＢステップで設定される値との間において、前記第２利得の対数値に最も近い値に対応するデータが選択され、この選択されたデータが第２ＡＧＣ信号とされる。

ＯＦＤＭ信号４０を増幅する場合の利得を第２利得に制御する前記所定のタイミングは、例えば、図５に示すように、データ部４３のＯＦＤＭシンボルにおけるＧＩ４３１の区間内とされる。このようなタイミングで第２利得を更新することによって、データ信号４３２の区間に第２利得の変更によって生じる影響を与えることがない。なお、このような場合では、利得制御の前後における第２利得に基づいてチャネル等化の等化係数（complex channel response coefficients）を補正する等化係数補正部（不図示）をさらに備えることが好ましい。より具体的には、等化係数補正部は、ＡＧＣ信号の更新前後における利得の比に応じてチャネル等化の等化係数を補正する。第２利得の変更によっていわゆるチャネル等化に影響を与えるが、このように構成することによって、第２利得を変更したとしても、チャネル等化を適切に実行することができる。

また、このようなチャネル等化の等化係数を更新する必要がないことから、例えば、図６に示すように、前記所定のタイミングは、パイロット信号（ＰＳ）４３３におけるＧＩ４３１の区間内であることが好ましい。このように構成することによって、第２利得の変更によってデータ信号４３２の区間に対するチャネル等化に影響を与えることがない。

可変利得増幅部２では、第１ＡＧＣ信号から変わって第２ＡＧＣ信号が入力され、可変利得増幅部２は、利得を第２利得に設定し、入力を第２利得で増幅してＡＤ変換部３へ出力する。ＡＤ変換部３は、入力をアナログからディジタルへ変換して、ＧＩ除去部４、ＡＧＣ部７およびタイミング検出部８へそれぞれ出力する。

そして、ＡＧＣ部７では、ステップＳ２６の実行後に、処理が戻されステップＳ１９が実行される。したがって、ＯＦＤＭ信号４０のパケットが終了するまで、ステップＳ２１ないしステップＳ２６の各処理が繰り返し実行され、データ部４３に対し、算出開始時点を異ならせて第２信号電力平均値が算出され、データ部４３の信号レベルの変動に追従するように、第２ＡＧＣ信号が同一パケット内で逐次更新される。

なお、上述したように、可変利得増幅部２の回路特性から、可変利得増幅部２の利得を目標利得に１回の設定動作で設定することができないために、可変利得増幅部２の利得の設定動作を複数回繰り返すことによって徐々に目標利得へ可変利得増幅部２の利得が設定される場合では、このような利得更新後の目標利得収束時間に第２利得算出時間を加えた時間間隔で繰り返し第２信号電力平均値が求められることが好ましい。このように構成することによって可変利得増幅部２の回路特性に対応することができる。

このように動作するので、実施形態にかかるＡＧＣ部７およびＯＦＤＭ受信装置ＲＶでは、ＯＦＤＭ方式の通信において、適応サブキャリア変調によるサブキャリア数の変化によってデータ部４３の信号レベルに変動が生じたとしても、第２基準値を基準に第２利得を前記変動に追従させることが可能となる。したがって、このような構成のＯＦＤＭ受信装置ＲＶでは、適応サブキャリア変調によるサブキャリア数の変化により適切に対応することができる。そして、第１および第２ＡＧＣ信号は、一部異なるが上述のように略同様の手順によって生成することができるから、第１および第２ＡＧＣ信号を生成する回路は、１つのＡＧＣ部７で共用することができるので、その回路規模の増大を抑制することが可能となる。

なお、上述の実施形態では、第２基準値の算出に当たって、ステップＳ１８において、第２基準値算出部２２は、ＯＦＤＭ信号４０におけるデータ部４３の第２所定期間においてその信号電力平均を演算して算出した第２信号電力平均値を第２基準値としたが、ＯＦＤＭ信号４０のヘッダ部４２に収容されているサブキャリア本数を表す情報を取り出し、この取り出した情報によって表されるサブキャリア本数に基づいて第２基準値を求めてもよい。このような第２基準値算出部２２Ａは、より具体的には、復調することによってＯＦＤＭ信号４０のヘッダ部４２に収容されているヘッダ情報からＯＦＤＭ信号４０のデータ部４３で使用されているサブキャリア本数（使用サブキャリア本数）を取り出し、最大サブキャリア本数とこの取り出した使用サブキャリア本数との比（使用サブキャリア本数比）を算出し、この算出した比を第１基準値に乗算し、この乗算結果を第２基準値として第２基準値記憶部３２に格納する。最大サブキャリア本数は、ＯＦＤＭ信号４０のデータ部４３に使用可能なサブキャリア本数の最大値である。

このように構成することによって、実際に受信した通信信号のサブキャリア本数に基づいて第２基準値が設定されるので、適応サブキャリア変調によるサブキャリア数の変化にさらにより適切に対応することができる。

また、上述の実施形態では、第２ＡＧＣ信号の更新は、第２基準比の対数値が前記範囲外である場合に実行されたが、第２基準比の対数値が前記所定範囲外である場合が複数回連続した場合に実行されてもよい。前記回数は、任意でよいが、前記回数を多くすると、信号レベルの変動がより確実に検出され、また、前記回数を少なくすると、信号レベルの変動の追従性がより向上される。前記回数は、前記検出の確実性と前記追従性とのバランスを考慮して決定されることが好ましく、例えば、２回や３回や４回等に設定される。

このように構成することによって、単発的な前記変動に対し第２利得が求められることがなく、安定的に第２利得が求められる。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

実施形態におけるＯＦＤＭ受信装置の構成を示すブロック図である。実施形態のＯＦＤＭ受信装置におけるＡＧＣ制御部の構成を示すブロック図である。ＯＦＤＭ信号のパケットのフレーム構成を示す図である。実施形態のＯＦＤＭ受信装置における自動利得制御の動作を示すフローチャートである。実施形態のＯＦＤＭ受信装置における自動利得制御の動作を示すタイムチャートである。ＰＳの区間で第２利得を更新する場合における自動利得制御の動作を示すタイムチャートである。

符号の説明

ＲＶＯＦＤＭ受信装置
２可変利得増幅部
７自動利得制御部（ＡＧＣ部）
９基準値記憶部
２１電力平均算出部
２２、２２Ａ第２基準値算出部
２３基準比算出部
２４利得算出部
２５自動利得制御信号生成部（ＡＧＣ信号生成部）

Claims

ＯＦＤＭ方式の通信信号を増幅する場合の利得を制御する自動利得制御装置において、
前記通信信号のプリアンブル部について第１所定時間での信号電力平均を算出して第１信号電力平均値を求める第１電力平均算出部と、
前記第１信号電力平均値および予め設定された第１基準値に基づいて、少なくとも前記通信信号の前記プリアンブル部を増幅する場合に用いられる第１利得を求める第１利得制御部と、
前記通信信号のデータ部について前記データ部の開始時点から予め設定された第２基準値算出用所定時間での信号電力平均を算出して第２基準値を求める第２基準値算出部と、
前記通信信号のデータ部について第２所定時間での信号電力平均を算出して第２信号電力平均値を求める第２電力平均算出部と、
前記第２信号電力平均値および前記第２基準値に基づいて、前記通信信号の前記データ部を増幅する場合に用いられる第２利得を求める第２利得制御部とを備え、
前記第２電力平均算出部は、前記通信信号の前記データ部を増幅している間に、算出開始時点を異ならせて前記第２所定時間での信号電力平均を算出して第２信号電力平均値を繰り返し求め、
前記第２利得制御部は、前記第２電力平均算出部で繰り返し求められた第２信号電力平均値に対応して、前記第２利得を求めること
を特徴とする自動利得制御装置。
前記第２利得制御部は、前記第２信号電力平均値と前記第２基準値との比が予め設定された所定範囲外である場合に、前記第２利得を求めること
を特徴とする請求項１に記載の自動利得制御装置。
前記第２利得制御部は、前記第２信号電力平均値と前記第２基準値との比が予め設定された所定範囲外である場合が複数回連続した場合に、前記第２利得を求めること
を特徴とする請求項１に記載の自動利得制御装置。
ＯＦＤＭ方式の通信信号を増幅する場合の利得を前記第２利得に制御するタイミングは、前記通信信号の前記データ部におけるガードインターバルの区間内であること
を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の自動利得制御装置。
利得制御の前後における第２利得に基づいてチャネル等化の等化係数を補正する等化係数補正部をさらに備えること
を特徴とする請求項４に記載の自動利得制御装置。
ＯＦＤＭ方式の通信信号を増幅する場合の利得を前記第２利得に制御するタイミングは、前記通信信号の前記データ部における、所定数のＯＦＤＭシンボルごとに置かれ既知の固定パターン信号から成るパイロット信号のガードインターバルの区間内であること
を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の自動利得制御装置。
ＯＦＤＭ方式の通信信号を増幅する場合の利得を制御する自動利得制御方法において、
前記通信信号のプリアンブル部について第１所定時間での信号電力平均を算出して第１信号電力平均値を求める第１電力平均算出工程と、
前記第１信号電力平均値および予め設定された第１基準値に基づいて、少なくとも前記通信信号の前記プリアンブル部を増幅する場合に用いられる第１利得を求める第１利得制御工程と、
前記通信信号のデータ部について前記データ部の開始時点から予め設定された第２基準値算出用所定時間での信号電力平均を算出して第２基準値を求める第２基準値算出工程と、
前記通信信号のデータ部について第２所定時間での信号電力平均を算出して第２信号電力平均値を求める第２電力平均算出工程と、
前記第２信号電力平均値および前記第２基準値に基づいて、前記通信信号の前記データ部を増幅する場合に用いられる第２利得を求める第２利得制御工程とを備え、
前記第２電力平均算出工程は、前記通信信号の前記データ部を増幅している間に、算出開始時点を異ならせて前記第２所定時間での信号電力平均を算出して第２信号電力平均値を繰り返し求め、
前記第２利得制御工程は、前記第２電力平均算出部で繰り返し求められた第２信号電力平均値に対応して、前記第２利得を求めること
を特徴とする自動利得制御方法。
ＯＦＤＭ方式の通信信号を受信するためのＯＦＤＭ受信装置において、
利得を変更することができ、ＯＦＤＭ方式の通信信号を前記利得で増幅する可変利得増幅部と、
前記可変利得増幅部の前記利得を制御する自動利得制御部とを備え、
前記自動利得制御部は、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の自動利得制御装置であること
を特徴とするＯＦＤＭ受信装置。
ＯＦＤＭ方式の通信信号を受信するためのＯＦＤＭ受信方法において、
利得を変更することができ、ＯＦＤＭ方式の通信信号を前記利得で増幅する可変利得増幅工程と、
前記可変利得増幅工程の前記利得を制御する自動利得制御工程とを備え、
前記自動利得制御工程は、請求項７に記載の自動利得制御方法であること
を特徴とするＯＦＤＭ受信方法。