JP5567404B2 - アナログ及びデジタル利得制御を備える受信機及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、第１の利得制御アンプと、ミキサと、第２の利得制御アンプと、選択された通信チャネルを復調して２つのアンプの利得を制御する復調器とを含む受信機に関する。この受信機は、具体的には、ＤＶＢ又はＡＢＳ標準に従ったデジタル衛星信号を受信するために構成されている。

現在のデジタル衛星受信機は、通常、ＲＦ入力ステージを備えて複数のデジタル衛星チャネルを受信するチューナと、所望の衛星チャネルを選択し中間周波数帯域又はベースバンドに周波数逓降処理するミキサと、テレビセットで利用可能な適切なテレビ信号に選択された衛星チャネルの信号を変換する復調器とを含む。直接変換衛星受信機が広く用いられ、これらは外部コンポーネントの重要性が低い高回路集積の利点を有する。

直接変換受信機のミキサは選択されたテレビ信号をベースバンド信号に直接変換し、ベースバンド信号は、次いでベースバンドローパスフィルタよってフィルタリングされ、さらにアナログ／デジタルコンバータよってデジタル化され、そして復調器よってデジタルテレビジョン信号に処理される。チューナは、少なくとも５０ｄＢの利得変動を提供する復調器によって制御される利得制御ＲＦアンプ及び利得制御ベースバンドアンプを含み、復調器は衛星受信機に高感度を提供すること及び最適な性能が要求される。

受信機は、複数の通信チャネルを受信するＲＦ入力と、ＲＦ入力に接続された第１のアンプと、第１のアンプに接続された入力を備え、所望の通信チャネルを選択して周波数逓降処理するミキサと、ミキサの出力に接続された入力を備える第２のアンプと、第１のアンプのためのアナログ利得制御部と、第２のアンプのためのデジタル利得制御部と、例えばマイクロコントローラであるデジタルコントローラとを含む。デジタルコントローラは、所望の通信チャネルの選択後に、デジタル利得制御部によってデジタル利得設定を提供し、所望の通信チャネルの復調中に、アナログ利得制御部によるアナログ利得設定を提供する。デジタル利得設定は、特に、所望の通信チャネルの受信中に変更されず、これにより何らデジタル利得切替が発生しない。従って、第２のアンプの出力信号の段差状の変動が所望の通信チャネルの受信中には回避される。

好ましい実施形態において、受信機はデジタルテレビジョンチャネル受信のための直接変換デジタル衛星受信機であり、デジタル利得制御の制御範囲は少なくとも５０ｄＢであり、衛星受信機に高入力感度を提供する。アナログ利得制御部の制御範囲は、例えば２０ｄＢを下回る如くかなり小さく、所望のテレビジョンチャネルの受信中に発生するかもしれない入力信号レベルの短時間変動、例えば、変動する天候状態や温度ドリフトをチューナ内で補償するのに充分である。アナログ利得制御は、より低利得のために、第２のアンプの出力信号の精確な調整を提供し、復調器の最適復調性能を可能とする。アナログ利得制御がその制御範囲外にある場合にのみ新たな利得較正がなされ、その間にデジタル利得制御が新たに調整される。そして再度、全てのデジタル制御利得ステージが一定に維持され、アナログ利得制御だけが受信機の動作として活性状態にされる。加えて、アナログ利得制御が活性状態にされるとき、マイクロコントローラを第２のアンプに接続するデジタルバス接続がスイッチオフされ、第２のアンプの出力信号における何らかのデジタル歪が回避される。

受信機における動作方法は、複数の通信チャネルを受信するステップと、第１のアンプの利得を所定の基準値に設定するステップと、所望の通信チャネルを選択及び周波数逓降処理するステップと、デジタル利得制御部によって第２のアンプの利得を段差状に変更するステップと、レベル検出器によって第２のアンプの出力信号を測定するステップと、第２のアンプの出力信号が所定の電圧範囲内にあるとき、デジタル利得制御を一定に保つステップと、次いで、所望の通信チャネルの復調中にアナログ利得制御部を活性状態にして第１のアンプのアナログ利得制御のみを用いるステップとを含む。

本発明の好ましい実施形態が下記に示す概略図面を参照して例示の形でより詳細に以降で説明される。

デジタルテレビジョンチャネルの受信のための受信機を示す図である。

図１において、高周波信号を受信し特に複数の通信チャネルを受信するＲＦ入力とも称される無線周波数入力ＩＮと、ＲＦ入力ＩＮに接続される入力を備える第１のアンプＡ１とを含む受信機が示されている。所望の通信チャネルを選択及び周波数逓降処理するために、受信機は、ミキサＭ、すなわち本実施形態において入力信号のＩ成分を提供する第１の混合ステージＭ１と、入力信号のＱ成分を提供する第２の混合ステージＭ２とを備える直交ミキサを含む。混合ステージＭ１、Ｍ２は、選択された通信チャネルの周波数逓降処理のために、同一周波数であるものの９０°の位相差がある第１の発振器信号ｆｌ及び第２の発振器信号ｆ２を提供する局部発振器ＬＯによって制御される。

受信機は、好ましい実施形態において、図示されない低雑音コンバータを介して衛星アンテナよって提供される如き複数のデジタルテレビジョンチャネルの受信のための衛星受信機である。受信機は、特にＤＶＢ−Ｓ、ＤＶＢ−Ｓ２及び／又はＡＢＳ−Ｓ標準のためのデジタル衛星受信機であり、局部発振器ＬＯによって所望のテレビジョンチャネルが選択される。

テレビジョンチャネルは、ベースバンドに周波数逓降処理され、ミキサＭの出力に接続された入力を備える第２のアンプＡ２によって増幅される。本実施形態において、アンプＡ２はＩ及びＱ信号成分の増幅のために２つの入力と２つの出力とを含む。アンプＡ２は、周波数逓降処理された信号の増幅を提供し、増幅された信号は次いでローパスフィルタＦＩ１、ＦＩ２よってフィルタリングされる。アンプＡ１はアナログ利得制御アンプであり、アンプＡ２はデジタル利得制御アンプである。

アンプＡ１、Ａ２と、ミキサＭと、局部発振器ＬＯと、ベースバンドフィルタＦＩ１、ＦＩ２とを含む回路は、通常、チューナＴ又はＲＦフロントエンドと称され、シールドされた別ユニット内に配置される。チューナＴのうちでミキサＭを含んでいる入力セクションはＲＦ部と称され、第２のアンプＡ２及びベースバンドフィルタＦＩ１、ＦＩ２を含んでいる出力セックションはベースバンド部と称される。衛星受信機は、加えて、ＲＦ入力ＩＮと第１のアンプＡ１との間に配置されている第３の利得制御アンプＡ３を含んでもよい。第３のアンプＡ３は、通常、低雑音アンプであるが、アクティブ型のアンプの代わりに、減衰ステージがＲＦ入力ＩＮとアンプＡ１との間に配置されてもよい。

受信機はさらに復調器ＤＭを含み、復調器ＤＭは第２の利得制御アンプＡ２の出力に接続された入力を備え、選択された通信チャネルを復調する。受信機は、例えばマイクロコントローラＭＣであるデジタルコントローラをさらに含み、デジタルコントローラは、第１のアンプＡ１及び第２のアンプＡ２、さらに含まれる場合にはアンプＡ３の利得制御のために、復調器ＤＭよって受信されるアンプＡ２の出力信号レベルをレベル検出器ＬＤを介して感知する。

好ましい実施形態において、復調器ＤＭは、第１のベースバンドフィルタＦＩ１の出力に接続された入力を備える第１のアナログ／デジタルコンバータＡＤ１と、第２のベースバンドフィルタＦＩ２の出力に接続された入力を備える第２のアナログ／デジタルコンバータＡＤＣ２と、を含み、これらはフィルタＦＩ１、ＦＩ２の出力信号をデジタル化された信号に変換する。アナログ／デジタルコンバータＡＤ１、ＡＤＣ２の出力信号は信号処理ユニットＳＰに提供され、信号処理ユニットＳＰは、例えばデジタル衛星受信機の場合におけるテレビセットに利用されるデジタルテレビジョン信号の如き所望の信号抽出のために、選択された通信チャネルのベースバンドＩ、Ｑ信号に対するエラー修正を含む主たる復調機能を実行する。

信号処理ユニットＳＰは、特にまた、チューナＴから受信されるＲＦ入力信号の信号強度を表している情報をレベル検出器ＬＤに提供する。マイクロコントローラＭＣは、デジタル利得制御ＡＧＣ２を、例えばチューナＴに含まれるシリアルバスインタフェースＳＩに接続されているシリアルバスを介して提供し、第２のアンプＡ２の利得、さらに含まれる場合には第３のアンプＡ３の利得も制御する。シリアルバスは例えばＩ２Ｃバスである。シリアルバスインタフェースＳＩは、マイクロコントローラＭＣのデジタル制御信号ＤＳを、アンプＡ２、Ａ３のための利得制御信号に変換し、例えばＭＯＳＦＥＴスイッチの手段によってアンプＡ２、Ａ３の利得を変更する。

加えて、マイクロコントローラＭＣは、アナログ利得制御ＡＧＣ１をデジタル／アナログ変換器ＤＡＣを介して提供し、デジタル／アナログ変換器ＤＡＣは、マイクロコントローラＭＣのデジタル制御信号をアナログ制御信号ＡＳに変換して、第１のアンプＡ１の利得を制御する。

受信機の動作は以下の通りである。ユーザが所望の通信チャネルを選択するとき、チャネルチューニングが受信機によってなされ、これにより複数の通信チャネルのうちの１つ、例えばデジタルテレビジョンチャネルのバンドの１つが選択され、ミキサＭによって周波数逓降処理され、復調器ＤＭに提供される。制御信号ＡＳが提供されて、第１のアンプＡ１の利得が所定の基準値に設定され、次いで、マイクロコントローラＭＣにより、シリアルバスインタフェースＳＩを介して第２のアンプＡ２の利得が段差状に変更されることによってデジタル利得較正がなされる。アナログ／デジタルコンバータＡＤＣ１、ＡＤＣ２によって受信されるアンプＡ２の出力信号レベルが、例えば所望の電圧範囲内にある如く充分な信号レベルをレベル検出器ＬＤが検出するとき、アンプＡ２の利得が凍結され、受信機の動作の間、特に所望の通信チャネルの復調中に一定に保たれる。

デジタル利得が設定されるとき、第１のアンプＡ１のためのアナログ利得制御ＡＧＣ１がマイクロコントローラＭＣによって活性状態にされ、所望の通信チャネルの受信中、複数のＡＤＣ、すなわちＡＤＣ１及びＡＤＣ２の動作に対して最適な入力信号を提供する。このように、入力信号ＩＮの全てのレベル変化、又は例えばチューナＴの温度ドリフトによって提供される何らかの他のレベル変化も、第１のアンプＡ１のためのアナログ電圧ＡＳを変化させることよって補償される。アナログ利得制御ＡＧＣ１の制御範囲は、基準レベルに対して例えば＋１３ｄＢ／―３ｄＢであり、これはデジタル衛星受信機の場合における信号処理ユニットＳＰの最適動作にとって充分である。特にシリアルバスインタフェースＳＩが動作せずにスイッチオフが保たれ得ることで、チューナＴのアナログ回路に注入されるかもしれない何からのデジタル雑音をチューナＴ内部で生成することがない。また、アンプＡ２に対するデジタル利得設定から生じる何らかの歪も回避される。

デジタル衛星受信機の場合、入力レベル変動の主な源は雨フェード現象であり、これは、それ以上はありそうにない最大１０ｄＢに至るレベル低下を与える場合がある。従って、アナログ利得制御ＡＧＣ１の比較的小さい利得制御範囲によって、チューナの出力信号を、復調器ＤＭの最適動作のために非常に正確に制御することが出来る。アナログ及びデジタル利得制御ループの主な目的は、チューナＴの出力信号Ｉ、Ｑを常に同一電圧レベルで出力して復調エラーを最小にすることであり、複数のＡＤＣ、すなわちＡＤＣ１、ＡＤＣ２のクリッピングを僅かに下回っている最大振幅を有する電圧レベルにより、ＡＤＣ分解能の最適使用を提供し、複数ＡＤＣの量子化雑音レベルを常に上回るＩ／Ｑ信号の振幅を保つ。

チューナＴとしては、例えば、ＳＴマイクロエレクトロニクス社のチューナＩＣであるＳＴＢ６０００又はＳＴＢ６１００が用いられてもよく、これらはＤＢＳテレビジョン応用のための高度に集積された直接変換チューナＩＣである。双方ともに、シリアルＩ²Ｃバスインタフェースを介したデジタル利得制御と、追加入力ピンを介したＲＦアンプステージのアナログ利得制御とを可能とする。復調器ＤＭとしては、例えばＣＯＮＥＸＡＮＴ社のＤＶＢ−Ｓ２復調器ＣＸ２４１１６が用いられてもよく、これはＩ／Ｑ復調のための高度に集積された復調器ＩＣであり、２つのアナログ／デジタルコンバータと、マイクロプロセッサと、レベル検出器と、それぞれのチューナＩＣの動作のためのチューナインタフェースとを含む。

代替として、受信機は、携帯電話内の応用として携帯電話通信チャネルの受信のために設計されてもよく、又は無線ローカルエリアネットワーク（ＷＬＡＮ）のための若しくは何らかの更なるデジタル通信チャネルの動作及び受信のための無線受信機として設計されてもよい。

デジタル利得設定は、例えば、ＣＭＯＳ技術を用いて容易に集積され得るスイッチを用いて実現されてもよい。全てのデジタル利得制御解決策の欠点は、チューナからの出力信号がデジタル利得切替発生時に瞬間的に乱されることである。これは特に、ユーザによって所望のテレビジョンチャネルが選択されたときに安定したデータストリームを提供するデジタルテレビジョンチャネル受信における課題であり、何らかの段差状の振幅変動は復調器による復号エラーを生じる場合がある。

さらに、チューナの出力ステージのＡＣ結合を原因とするハイパス特性に起因して及び／又は何らかのＤＣ電圧制御ループに起因して、出力における一過性の波形を生じる短い歪みが段差状の利得設定によって誘起され、増大するビット誤り率を生じる信号劣化を引き起こす。特に、アンプＡ２の高利得を原因とするオフセット電圧を補償するのに必要なＤＣオフセットキャンセルがミリ秒範囲の一過性の波形を生ぜしめる。従って、所望の通信チャネルの復調中には、受信機のデジタル利得制御ＡＧＣ２が用いられずアナログ利得制御ＡＧＣ１だけが用いられることによって、受信機の性能が本質的に改善される。マイクロコントローラＭＣのための追加的なソフトウェアだけが本発明を実現するのに要求される。

また、本発明の他の実施形態が本発明の思想及び範囲から逸脱することなく当業者よって提供され得る。受信機は特にテレビジョンチャネルの受信に制限されず、例えば携帯電話又は無線デジタルデータ伝送技術から周知であるように、他の何らかの無線周波数通信チャネルの受信のために用いられてもよい。従って、本発明は本明細書に添付される特許請求の範囲にある。
（付記１）
複数の通信チャネルを受信するＲＦ入力と、
前記ＲＦ入力に接続された第１のアンプと、
前記第１のアンプに接続されて所望の通信チャネルを周波数逓降処理するミキサと、
前記ミキサの出力に接続された入力を備える第２のアンプと、
前記第２のアンプの出力に接続された入力を備える復調器と、
前記第１のアンプのためのアナログ利得制御部及び前記第２のアンプのためのデジタル利得制御部と、
デジタルコントローラであって、前記所望の通信チャネルの選択後に前記デジタル利得制御部によってデジタル利得設定を提供し、前記デジタル利得設定後且つ前記所望の通信チャネルの復調中に、前記デジタル利得設定を凍結して前記アナログ利得制御部によってアナログ利得設定を提供する、デジタルコントローラと
を含むことを特徴とする受信機。
（付記２）
前記デジタルコントローラは、前記アナログ利得制御部がその制御範囲外にあるとき、前記所望の通信チャネルのみの復調中にデジタル利得設定を提供することを特徴とする付記１に記載の受信機。
（付記３）
前記デジタル利得設定は、前記アナログ利得制御部が活性状態にされているとき、変更されないことを特徴とする付記１又は２に記載の受信機。
（付記４）
前記デジタルコントローラは、シリアルバスを介して前記第２のアンプに接続されて段差状の利得設定を提供し、前記シリアルバスの動作は、前記アナログ利得制御部が活性状態にされているとき、スイッチオフされることを特徴とする付記１、２又は３の何れか１項に記載の受信機。
（付記５）
前記ミキサは前記選択された通信チャネルをベースバンドに変換し、前記第１のアンプは利得制御されるＲＦアンプであり、前記第２のアンプは利得制御されるベースバンドアンプであることを特徴とする先行する付記の何れか１項に記載の受信機。
（付記６）
前記第１のアンプ、前記ミキサ、及び前記第２のアンプは、集積されたチューナ回路内でベースバンド出力フィルタ及び局部発振器と共に集積されていることを特徴とする付記５に記載の受信機。
（付記７）
前記復調器は、前記ミキサの出力に接続された入力を備えるアナログ／デジタルコンバータと、前記アナログ／デジタルコンバータに接続されて前記選択された通信チャネルを復調する信号処理ユニットと、前記アナログ／デジタルコンバータ及び前記デジタルコントローラに接続されるレベル検出器とを含むことを特徴とする先行する付記の何れか１項に記載の受信機。
（付記８）
前記デジタルコントローラ、前記アナログ／デジタルコンバータ、前記レベル検出器、及び前記信号処理ユニットは、集積された復調器回路内で共に集積されていることを特徴とする付記７に記載の受信機。
（付記９）
前記デジタル利得制御部の制御範囲は少なくとも５０ｄＢであり、前記アナログ利得制御部の制御範囲は２０ｄＢ未満であることを特徴とする先行する付記の何れか１項に記載の受信機。
（付記１０）
ＤＶＢ−Ｓ、ＤＶＢ−Ｓ２、又はＡＢＳ−Ｓデジタルテレビジョンチャネルの受信のための直接変換デジタル衛星受信機であること特徴とする先行する付記のうちの何れか１項に記載の受信機。
（付記１１）
第１の利得制御アンプと、前記第１のアンプの出力に接続された入力を備えるミキサと、前記ミキサの出力に接続された入力を備える第２の利得制御アンプと、デジタルコントローラと、レベル検出器とを含む受信機を動作させる方法であって、
前記第１のアンプによって複数の通信チャネルを受信するステップと、
前記ミキサによって所望の通信チャネルを選択して周波数逓降処理するステップと、
前記レベル検出器によって前記第２のアンプの出力信号の信号強度を評価するステップと、
当該所望の通信チャネルの選択後、前記デジタルコントローラにより、前記第２のアンプの出力信号が所定の電圧範囲内にある迄、前記第２のアンプの利得を段差状に変更することによって、前記第２のアンプのためのデジタル利得設定を提供するステップと、
前記第２のアンプの出力信号が前記電圧範囲内にあるとき、前記デジタル利得設定を凍結するステップと、
前記デジタル利得設定の凍結後、前記第１のアンプのためのアナログ利得設定を活性状態にして前記所望の通信チャネルを復調するステップと、
前記所望の通信チャネルの復調中に前記アナログ利得設定を用いて、前記第２のアンプの出力信号を前記所定の電圧範囲内に維持するステップと
を含むことを特徴とする動作方法。
（付記１２）
前記アナログ利得設定がその制御範囲外にあるとき、前記第２のアンプのみに対する再較正を提供するステップを含むことを特徴とする付記１１に記載の方法。
（付記１３）
前記アナログ利得制御が活性状態にされているとき、前記デジタルコントローラを前記第２のアンプに接続しているシリアルバスの動作をスイッチオフするステップを含むことを特徴とする付記１１又は１２に記載の方法。

Claims (13)

1. 複数の通信チャネルを受信するＲＦ入力と、
   前記ＲＦ入力に接続された第１のアンプと、
   前記第１のアンプに接続されて所望の通信チャネルを周波数逓降処理するミキサと、
   前記ミキサの出力に接続された入力を備える第２のアンプと、
   前記第２のアンプの出力に接続された入力を備える復調器と、
   前記第１のアンプのためのアナログ利得制御部及び前記第２のアンプのためのデジタル利得制御部と、
   デジタルコントローラであって、前記所望の通信チャネルの選択後に前記デジタル利得制御部によってデジタル利得設定を提供し、前記デジタル利得設定後且つ前記所望の通信チャネルの復調中に、前記デジタル利得設定を凍結して前記アナログ利得制御部によってアナログ利得設定を提供する、デジタルコントローラと、
   を含む、受信機。
2. 前記デジタルコントローラは、前記アナログ利得制御部がその制御範囲外にあるとき、前記所望の通信チャネルのみの復調中にデジタル利得設定を提供する、請求項１に記載の受信機。
3. 前記デジタル利得設定は、前記アナログ利得制御部が活性状態にされているとき、変更されない、請求項１又は２に記載の受信機。
4. 前記デジタルコントローラは、シリアルバスを介して前記第２のアンプに接続されて段差状の利得設定を提供し、前記シリアルバスの動作は、前記アナログ利得制御部が活性状態にされているとき、スイッチオフされる、請求項１、２又は３に記載の受信機。
5. 前記ミキサは前記選択された通信チャネルをベースバンドに変換し、前記第１のアンプは利得制御されるＲＦアンプであり、前記第２のアンプは利得制御されるベースバンドアンプである、請求項１に記載の受信機。
6. 前記第１のアンプ、前記ミキサ、及び前記第２のアンプは、集積されたチューナ回路内でベースバンド出力フィルタ及び局部発振器と共に集積されている、請求項５に記載の受信機。
7. 前記復調器は、前記ミキサの出力に接続された入力を備えるアナログ／デジタルコンバータと、前記アナログ／デジタルコンバータに接続されて前記選択された通信チャネルを復調する信号処理ユニットと、前記アナログ／デジタルコンバータ及び前記デジタルコントローラに接続されるレベル検出器とを含む、請求項５または６に記載の受信機。
8. 前記デジタルコントローラ、前記アナログ／デジタルコンバータ、前記レベル検出器、及び前記信号処理ユニットは、集積された復調器回路内で共に集積されている、請求項７に記載の受信機。
9. 前記デジタル利得制御部の制御範囲は少なくとも５０ｄＢであり、前記アナログ利得制御部の制御範囲は２０ｄＢ未満である、請求項５に記載の受信機。
10. ＤＶＢ−Ｓ、ＤＶＢ−Ｓ２、又はＡＢＳ−Ｓデジタルテレビジョンチャネルの受信のための直接変換デジタル衛星受信機である、請求項１に記載の受信機。
11. 第１の利得制御アンプと、前記第１のアンプの出力に接続された入力を備えるミキサと、前記ミキサの出力に接続された入力を備える第２の利得制御アンプと、デジタルコントローラと、レベル検出器とを含む受信機を動作させる方法であって、
    前記第１のアンプによって複数の通信チャネルを受信するステップと、
    前記ミキサによって所望の通信チャネルを選択して周波数逓降処理するステップと、
    前記レベル検出器によって前記第２のアンプの出力信号の信号強度を評価するステップと、
    当該所望の通信チャネルの選択後、前記デジタルコントローラにより、前記第２のアンプの出力信号が所定の電圧範囲内にある迄、前記第２のアンプの利得を段差状に変更することによって、前記第２のアンプのためのデジタル利得設定を提供するステップと、
    前記第２のアンプの出力信号が前記電圧範囲内にあるとき、前記デジタル利得設定を凍結するステップと、
    前記デジタル利得設定の凍結後、前記第１のアンプのためのアナログ利得設定を活性状態にして前記所望の通信チャネルを復調するステップと、
    前記所望の通信チャネルの復調中に前記アナログ利得設定を用いて、前記第２のアンプの出力信号を前記所定の電圧範囲内に維持するステップと、
    を含む、前記方法。
12. 前記アナログ利得設定がその制御範囲外にあるとき、前記第２のアンプのみに対する再較正を提供するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記アナログ利得制御が活性状態にされているとき、前記デジタルコントローラを前記第２のアンプに接続しているシリアルバスの動作をスイッチオフするステップを含む、請求項１１又は１２に記載の方法。

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