JPH04507182A - デジタル自動利得制御 - Google Patents
デジタル自動利得制御Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
デジタル自動利得制御
関連出願
本出願は、1988年11月30日に出願され、本譲受人に譲渡され、優先権の
主張の基礎となった特許出願第07/278,051号の一部継続出願である。
発明の分野
本発明は、デジタル自動利得制御に関する。さらに詳しくは、本発明は、限定さ
れたダイナミック・レンジを有するレシーバにおける不連続信号に対する自動利
得制御(AGC)に関する。
発明の背景
無線信号受信における自動利得制御(AGC)は周知であるが、時分割多元接続
(TDMA)信号の自動利得制御は陸上移動通信業界に対して新たな課題を提起
している。
欧州用として提案されているセルラ・システムのような広帯域TDMAシステム
では、RFチャンネルは、さまざまな時分割多元接続時間スロットの特定のいく
つかの無線システムに接続しようと試みる多数の加入者の間で共有(時分割多重
)される。この時間スロットは、周期的に反復するフレームに構成される。その
ため、目的の無線通信は周期的に不連続になる、すなわち他の時間スロットで送
出された無関係な信号が介在することがある。この無関係な信号(さまざまな強
度を有する)は、目的の信号の利得制御に影響を与えてはならない。そこで、こ
れらの周期的に不連続なTDMA信号の自動利得制御を行なうことは大きな課題
となる。
この課題は、安価なレシーバ、すなわち限られたダイナミック・レンジを有する
レシーバにおいてデジタルAGCを提供する試みによりさらに困難になる。これ
らの信号は陸上移動通信環境では100dBも変化することがあるが、デジタル
信号処理用の手頃な8ビツトのアナログ/デジタル変換器(A/D)のダイナミ
ック・レンジは48dBに制限されるので、信号の利得を制御して受信機のダイ
ナミック・レンジ内に維持する方法を開発しなければならない。
そこで、48dBの装置で100dBの不連続信号を処理することが課題となる
。さもなければ、広ダイナミック・レンジの極めて高価なA/Dを用いなければ
ならなくなる。
利得制御のもう1つの課題は、これらのTDMA伝送システムのデジタル的性質
によって提起される。GMSK(Oaussian Minimum 5hif
t Keying)方式は信号の直交位相を変調するため、受信信号の電力は測
定しにくくなり、直交位相は、どの1つをとっても受信信号に比例しなくなる。
本発明は、これらの課題を克服し、以下に示す特定の利点を実現する侍とを目的
とする。
発明の概要
本発明の好適な実施例に従って、レシーバ内で自動利得制御方式が提供される。
この方式は、特定のダイナミック・レンジ内で、所望の信号と受信された信号と
の間の電力の差を判定する段階と、レシーバの利得特性によって調整(scal
e)された電力差に応答して、信号の開ループ利得制御を行ない、飽和および雑
音を低減するため信号をダイナミック・レンジ内に収める段階とによって構成さ
れる。
本発明の一つの実施例に従って、限定されたダイナミック・レンジを有するレシ
ーバ内で、とくに不連続信号用のデジタル自動利得制御(AGC)方法が提供さ
れる。この方法は、受信された被AGC不連続信号のレベルを検出する段階、レ
シーバのダイナミック・レンジに対して被AGC信号のレベルを比較する段階お
よびAGCを調整して、被AGC信号とダイナミック・レンジの制限との間の所
望の関係を設定する段階によって構成される。また、このAGC制御方法を用い
て、TDMAセルラ方式伝送システムにおけるハンドオフ方法も提供される。
限定されたダイナミック・レンジを有するレシーバ内で不連続信号の自動利得制
御(AGC)方法はさらに、受信された被AGC不連続信号をデジタル化し、デ
ジタル化されたサンプルを電力サンプルに変換して、信号の電力と信号のレベル
とを検出する段階、レシーバのダイナミック・レンジに対して被AGC信号のレ
ベルを比較する段階および信号がレシーバのダイナミック・レンジ内になるまで
信号を漸次減衰することにより、あるいは信号がレシーバの限定されたダイナミ
ック・レンジ内になるまで信号を漸次利得増幅することにより粗調整し、かつ信
号処理段の全(ただし制限された)ダイナミック・レンジの最適利用が最大値よ
り約6〜12dB小さくなるまで被受信信号のAGCを微調整して、被AGC信
号とダイナミック・レンジの制限との間の所望の関係を設定する段階によって構
成されることを特徴とする。
図面の簡単な説明
本発明のさらなる目的、特徴および利点は、添付の図面と共に以下の詳細な説明
からより明確に理解され、また好適な実施例において本発明を実施するための最
良の形態について理解されよう。ただし、−例としての実施例はこれに限定され
るものではない。
第1図は、本発明の概略ブロック図である。
第2図は、本発明の好適な実施例の機能ブロック図である。
第3図は、本発明によるAGC制御方法の図である。
第4図は、本発明の別の実施例の概略図である。
第5図は、本発明によるAGC制御方法の好適な実施例の囚である。
第6図は、−20dBから一110dBの予定信号範囲にまたがる有効A/D範
囲(30dB)の重複領域を示す。
詳細な説明
第1図は、本発明の概略図であり、デジタル直交レシーバ(djgital q
uadrature receiver)における利得制御を示す。この図では
、RFF信部(IF)、同相および直交相を有する直交復調器(I/Q)、アナ
ログ/デジタル変換器(A/D)、デジタル信号プロセッサ(DSP)および受
信部(RF/IF)に対して自動利得制御(AGC)を与えるデジタル/アナロ
グ変換器(D/A)が直列に示されている。
動作中、受信部(RF/IF)において信号が受信され、中間周波数に変換され
、そして利得増幅される。この信号は、同相成分および直交成分に直交後g (
I/Q)され、限られたダイナミック・レンジのアナログ/デジタル変換器(A
/D)でデジタル化され、そしてデジタル信号プロセッサ(DSP)において電
力サンプルに変換され、信号のレベルを検出する。デジタル信号プロセッサ(D
SP)では、信号レベルがレシーバのダイナミック・レンジと比較され、AGC
がデジタル/アナログ変換器(D/A)において調整され、被AGC信号とレシ
ーバのダイナミック・レンジとの間の所望の関係が設定される。
具体的には、被AGC信号の電力レベルは、ダイナミック・レンジ制限を有する
段における所望の電力レベルと比較される。
第2図は、本発明の好適な実施例の機能ブロック図である。第2図は、RFレシ
ーバ部(RF/IF);同相(I)および直交(Q)位相ミキサ(その出力は低
域濾波(LPF)される)を有する直交後*器(I/Q);DMA(Direc
t Memory Access)制御下にある8ビツトのアナログ/デジタル
変換器(A/D)と、3状態ゲートと、ランダム・アクセス・メモリ (RAM
)と、56001デジタル信号プロセッサ;およびレシーバ部(I F)に自動
利得11!IJ#(AGC)を与えるラッチング・デジタル/アナログ変換器(
D/A)を示す。このGMSKレシーバは、従来のRF段、ミキシング段および
フィルタ段から成り、10.7MHzのIF傷信号モトローラ社製MC1350
などの従来のAGC型IF増幅器(I F)に送る。このIF増増器器、10.
7MHz局部発振器と、90度移相器と、一対のミキサと、一対のローパス・フ
ィルタ(LPF)とによって構成される従来のI/Q復調器に供給する。RCA
製CA、3318CEのような8ビツトのフラッシュA/Dは、48dBのダイ
ナミック・レンジを与え、レシーバのダイナミック・レンジ制限の主な原因にな
っている。モトローラ社製56001デジタル信号プロセッサ(56001DS
P>は、信号捕捉、信号レベル検出およびAGC制御用として用いられる。56
001DSPは、従来のクロック・タイミング回路(図示せず)およびプログラ
ムド制御用ROMにも対応している。アナログ装置7528LNは、自動利得制
御(AGC)をレシーバ部(I F)に与えるラッチング・デジタル/アナログ
変換器(D/A)として適切である。
レシーバは、各4.8ミリ秒フーレム内で8つの時間スロットを有するTDMA
方式で動作し、135キロビット/秒が各直交位相内で送出される。動作中、各
時間スロット毎に、保持されていた前回のAGC設定がデジタル信号プロセッサ
(56001DSP) を介してメモリ (RAM)から取り出され(DMA)
、デジタル/アナログ変換器(D/A)に印加され、自動利得制御(AGC)を
レシーバ部(RF/IF)に与える。利得制御され、直交復調された被受信信号
は、アナログ/デジタル変換器(A/’D)によってデジタル化され、1ビツト
間隔毎に複数のサンプル対を与え、これらのサンプル対は3状態ゲートのDMA
制御に基づいてメモリ (RAM)に保存される。これらのサンプル対はメモリ
(RAM)から取り出され、5600IDSPにおいてN個の対(好適な実施
例では32から128対)を加算し、Q値とI値とを得て、これらのQ値および
I値の二乗の和の平方根をとることにより、これらのサンプル対は電力サンプル
に変換される。この平方根は被受信信号の平均電力に比例する(1つの対からの
瞬時電力サンプルは、被受信信号強度にバラツキがあるため確実に得ることがで
きない)。電力サンプルに対する好適な別の方法は、QおよびI値の平方根を単
純に加算することによって得ることができる。
具体的には、被AGC信号の電力レベルは、ダイナミック・レンジ制限を有する
段における所望の電力レベルと比較される。従って、8ビツトのアナログ/デジ
タル変換器(A/D)の短期間の飽和を防ぐためには、AGCはA/Dの最大出
力以下の公称レベル約6〜12dB(好適な実施例では9dB)で被AGC信号
のレベルを設定し維持しようとする。
第3図は、本発明によるAGC制御方法の図である。
基本制御方法は、まず、受信された被AGC不連続信号のレベルを検出し、被A
GC信号のレベルをレシーバのダイナミック・レンジと比較し、そしてAGCを
調整して被AGC信号とダイナミック・レンジ制限との間の所望の関係を設定す
る。
以上のようにめられた平均電力は、所望の公称レベル(すなわち9dBであるが
以下ではOdB基準として与えられる)を表す電力レベルから差し引かれ、電力
誤差を算出する。この算出された電力誤差は、総合ループ利得特性を補正する調
整によりさらに因数分解され、AGC誤差(AGCE)となる。AGC誤差(A
GCE)が全出力(9dB)以下のマージン以内の場合、主WAGC設定(濾波
AGC値: F A G CN (Ftltered AGCNumber)は
誤差(AGCE)の量によって微調整される。この誤差がマージンよりも大きい
がA/Dのダイナミック・レンジ以内(48dB−9dB=39dB)の場合、
誤差(AGCE)の量とマージンよりわずかに大きい値との和(9dB+1dB
=lOdB)によって調整する。この誤差がA/Dのダイナミック・レンジより
小さい場合、ダイナミック・レンジの量(48dB)によって粗調整する。誤差
がダイナミック・レンジよりも大きい場合、マージンよりも若干大きい値(9d
B+1dB=10dB)により調整する。最後に、現在の誤差計算と前回の利得
設定(FAGCN)とがデジタル再帰有限インパルス応答ローパス・フィルタ(
これについては当業者に周知である)に入力され、新たな濾波AGC値(FAG
CN)を得る。従って、信号がA/Dのダイナミック・レンジ以内になるまで、
信号は漸次利得増幅(あるいは利得減衰)され、かつ、A/Dの全(ただし制限
されてた)ダイナミック・レンジの最適利用(適切なマージン付き)が得られる
まで、この信号はさらに増幅くあるいは減衰)される。複数のTDMA時間スロ
ットに対するこのようなさまざまな近似化の結果は、メモリ(RAM)に保存さ
れ、各信号が再開する準備ができるとAGC制御を再開する。
さらに、これらの各利得計算結果は、(総合ループ利得特性に対する適切な補償
によって)実際に受信された信号強度を表すので、これらの利得判定は、レシー
バのダイナミック・レンジを最適利用する送信利得レベルを設定するため、送信
局に報告され、それによりシステム、特にセルラ・システム内のスペクトル効率
および周波数再利用を向上させる。さらに、セルラ型システムでは、AGC調整
値がある閾値に達すると、信号強度(利得判定)はレシーバによって送信局に報
告され、送信のハンドオフを行なうことができる。また、隣接セル(時間スロッ
ト)の信号強度(AGCレベル)をめ、評価することにより、ハンドオフを円滑
に行なうことができる。
第4図は、本発明の別の実施例の概略図である。この図は、電力平均化回路およ
び比較器を用いて上記のように第3図の制御方法を実現するアナログ方式の自動
利得制御を示す。電力平均化回路は当業者には周知であり、上記の制御方法に適
合するように容易に適応することができる。
要するに、特に不連続信号に対して限定されたダイナミック・レンジを有するレ
シーバにおけるデジタル自動利得制御(AGC)方法を提供してきた。この方法
は、受信された被AGC不連続信号のレベルを検出する段階、被AGC信号のレ
ベルをレシーバのダイナミック・レンジと比較する段階およびAGCを調整して
被AGC信号とダイナミック・レンジ制限との間の所望の関係を設定する段階に
よって構成される。また、このAGC制御方法を用いてTDMAセルラ型送信シ
ステムにおけるハンドオフ方法も提供された。
限定されたダイナミック・レンジを有するレシーバにおける不連続信号に対する
自動利得制御(AGC)方法はさらに、受信された被AGC不連続信号をデジタ
ル化し、デジタル化サンプルを電力サンプルに変換して、信号の電力を検知し、
そのレベルを検出する段階、被AGC信号のレベルをレシーバのダイナミック・
レンジと比較する段階および信号がレシーバのダイナミック・レンジ以内になる
まで信号を漸次減衰することにより、あるいは信号がレシーバの制限されたダイ
ナミック・レンジ以内になるまで信号を漸次利得増幅することにより粗調整を行
ない、がっ、信号処理段の全(ただし制限された)ダイナミック・レンジの最適
利用が最大感度よりも約6〜12dB低くなるまで、被受信信号のAGCを微調
整し、被AGC信号とダイナミック・レンジ制限との間の所望の関係を設定する
段階によって構成される。
この説明では、A/Dがレシーバのダイナミック・レンジに対して最も厳しい制
約を課するものと想定している。
しかし、本発明は、レシーバのダイナミック・レンジに対して最も厳しい制約を
課する特定の段にかかわらず、同様に適応可能である。従って、−切の説明は、
レシーバの制限されたダイナミックレンジという観点から行なわれてきた。
第5図は、本発明によるAGC制御方法の好適な実施例の図である。この図は、
以上説明してきたデジタルAGCに対して開ループの改善を行なうための制御方
法を示す。
上記の実施例は、漸次的な閉ループ制御を介して適正AGCに反復的に整定した
。この好適な実施例は、ルックアップ・テーブル(すべてのレシーバ特性と、A
/D非線形性を含むすべての非線形性を格納している)を利用し、A/Dダイナ
ミック・レンジを最大限に利用するために必要な電力と、A/Dで受信された現
在の実際の電力との間の算出された電力差をルックアップ・テーブルに対する指
標として用いて、所望の電力レベルで整定するために必要な次のAGC設定を得
る。
このテーブルは室内実験設定において得られ、ここでAGC(電力)レベルは所
望のレベルに設定され、A/Dにおいて所定の電力差を設定するために必要な、
アンテナ入力に結合された信号発生器によって発生された電力が記録される。こ
のようにして、ある電力差に必要なAGCレベルを推定することができる。
第5図のすべでの信号処理は、第1図および第2図のデジタル信号プロセッサ(
DSP)内で行なわれる。第5図では、A/Dにおける電力は、被復調(I/Q
)信号サンプルの二乗の64個のサンプルの和として計算される(501)。A
/Dにおける電力(PA、D) と所望の電力(P、)との間の電力差(ΔdB
>が算出される(502)。時間スロット内の電力(PdI]□)は、現在のD
/A設定および電力差(ΔdB)からめられ(503)、ルックアップ・テーブ
ルを指標付けすることにより、その時間スロットの電力をめる。上記のように、
ルックアップ・テーブルは、レシーバの利得制御特性の関数である。(不連続通
信を成す)多くの時間スロットからのこのPdB、、、はFIRフィルタ(50
4)において平均化され、フェージングされた信号に対しよりすぐれた電力推定
を行ない、これはハンドオフ判定を行なうため送信機に報告される(506)。
FIRフィルタ(505)において、電力差(ΔdB)自体もいくつかの時間ス
ロットで平均化され(これは、AGCは信号フェージングを介して追尾できない
ためである)、所望の電力(P4)から平均電力差(AVGΔdB)をめ、いつ
AGC整定が行なわれるか判定する(507)。この短期平均誤差(AVGΔd
B)が、例えば、A/D飽和の半スケール(6dB>より小さく、雑音量子化レ
ベル(−30dB)よりも大きい場合(510)、IIRフィルタまたは[漏洩
積分器(leaky in【egrator)J (513)がA、 G C応
答は速度をめ、テーブル・ルックアップ(512)により現在のD/A設定を補
正する。この更新されたD/A値は、それ以降の時間スロットで使用するため保
存される (51,4)。
信号の電力がA/Dの(有効)レンジ、すなわち、平均電力差が8ビツトA/D
(48dB)の有効(+6dB〜−30dB)ダイナミック・レンジ内にない
このような少数の例では、信号がクリップされる場合、A/Dの有効レンジは利
得低減(509)により増加(window up)され、また雑音量子化が生
じ信号が十分強くない(第6図参照)場合、A/Dの有効レンジは利得増加によ
り飽和され、低減(window down)される(511)、AGC利得は
、ルックアップ・テーブルに格納されたレシーバの利得制御特性によって調整(
scale)される(そしてA/Dのウィンドウは調整される)(509,51
1)。さらに、フィルタ(505,513)は初期化され、無関係となった情報
を平均化することを防ぐ。
第5図は、不連続に送出される1つの通信から成る時間スロットを追尾するため
のAGC制御方法を図示していた。
別の時間スロットでは、レシーバはアイドル状態中に、−20dBから一110
dBまでの範囲の強度の最大32本の搬送波をモニタすることができる(第6図
参照)。この同じ基本方法は、隣接セル・モニタリングにも用いられる。しかし
、他の搬送波に発生するはるかに少ない周波数ピークに対処するため、各搬送波
はマルチ・フレーム期間中に3回だけサンプリングされ、フィルタ係数(504
゜505.513)はこの低速AGC1l111御用に調整しなければならない
(例えば、IIRフィルタ513は、追尾用の32サンプルではなく、モニタ用
に8サンプルで平均化し、そのためモニタ用としての応答速度が高くなる)。同
様に、飽和上限(508)は6dB−15dBの追尾用の値から引き上げられる
。これは、信号が前回の電力レベルになる可能性が少ないためである
要するに、レシーバにおける自動利得制御方法が提供された。この方法は、ある
ダイナミック・レンジ内で、所望の信号と被受信信号との間の電力差をめる段階
と、レシーバの利得特性によって調整された電力差に応答して、信号の開ループ
利得制御を行ない、飽和と雑音とを低減するため信号をダイナミック・レンジ内
に収める段階とによって構成される。
本発明の好適な実施例について説明してきたが、本発明の他の変形や修正も可能
であることは当業者に明らかである。例えば、本発明はTDMA陸上移動通信シ
ステムに限定する必要はなく、AM、FMまたはTV信号を含む、デジタルおよ
びアナログ信号のAGCに適応することができる。
これらおよび他の変形例および適応例は、添付のクレームの範囲内にあるものと
する。
べnル
レシーバにおける自動利得制御方法が提供される。この方法は、あるダイナミッ
ク・レンジ内で、所望の信号と被受信信号との間の電力差をめる段階(第5図)
と、レシーバの利得特性によって調整された電力差に応答して、開ループ利得制
御(AGC)を行ない(第5図)、飽和および雑音を低減するため信号をダイナ
ミック・レンジ内に収める段階(第6図)によって構成されることを特徴とする
特国際調査報告
Claims (10)
- 1.レシーパにおける自動利得制御方法であって:あるダイナミック・レンジ内 で、所望の信号と被受信信号との間の電力差を求める段階;およびレシーバの利 得特性によって調整された電力差に応答して、開ループ利得制御を行ない、飽和 および雑音を低減するため信号をダイナミック・レンジ内に収める段階;によっ て構成されることを特徴とする方法。
- 2.信号がデジタル化され、かつ電力がこのデジタル化されたサンプルから求め られることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 3.レシーパによって利得レベルに関する指示が送信局に報告され、レシーパの ダイナミック・レンジを有効利用する送信レベルを設定することを特徴とする請 求項1記載の方法。
- 4.セルラ型システムにおいて、レシーパによって利得レベルに関する指示が送 信局に報告され、ハンドオフ判定を円滑に行なうことを特徴とする請求項1記載 の方法。
- 5.セルラ型システムにおいて、前記指示が所定の閾値を越えた場合に、送信を ハンドオフする段階をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項4記載の 方法。
- 6.別のチャンネルの信号レベルが推定され、ハンドオフ判定を円滑に行なうこ とを特徴とする請求項1記載の方法。
- 7.信号がTDM通信の時間スロット内の不連続信号であることを特徴とする請 求項1記載の方法。
- 8.不連続性が中断した場合に、直前の利得レベル付近で再開する段階をさらに 含んで構成されることを特徴とする請求項7記載の方法。
- 9.レシーパにおける自動利得制御装置であって:あるダイナミック・レンジ内 で、所望の信号と被受信信号との間の電力差を判定する段階;および前記判定す る段階に動作可能に結合され、レシーパの利得特性によって調整された電力差に 応答して、信号の開ループ利得制御を行ない、飽和および雑音を低減するため信 号をダイナミック・レンジ内に収める利得制御手段;によって構成されることを 特徴とする装置。
- 10.利得制御手段に動作可能に結合され、回帰型信号の不連続性が中断した場 合に、直前の利得レベル付近で再開する手段をさらに含んで構成されることを特 徴とする請求項9記載の装置。
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