JPH09139681A - ダウン・コンバータの変換利得を制御する装置 - Google Patents
ダウン・コンバータの変換利得を制御する装置Info
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- H03G3/3052—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in bandpass amplifiers (H.F. or I.F.) or in frequency-changers used in a (super)heterodyne receiver
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Abstract
外ユニットの低雑音ブロック(LNB)変換器等のダウ
ン・コンバータの変換利得を自動的に制御する。 【解決手段】 利得制御可能なRF段(106)とダウ
ン・コンバータの出力信号に対応して利得制御信号を発
生させる利得制御信号発生器(146)とを含んでお
り、そのいずれもが屋外ユニット(100)内に含まれ
る。もう1つの実施例では、利得制御可能なRF段(1
06)は屋外ユニット(200)に含まれるが、利得制
御信号発生器(220)は受信システムの屋内ユニット
(202)に含まれ、利得制御信号は、そのままの形か
または符号化された形で屋外ユニット(200)に連結
される。後者の場合には、符号化された利得制御信号
は、屋外ユニット(200)と屋内ユニット(202)
との間に接続される同軸ケーブル(222)によりダウ
ン・コンバータに連結されうる。
Description
ウン・コンバータに関し、特にダウン・コンバータの変
換利得を動的に制御する装置に関する。
の基礎たる米国特許出願第005,837号(1995
年10月23日出願)、米国特許出願第624,302
号(1996年3月29日出願)の明細書の記載に基づ
くものであって、当該米国特許出願の番号を参照するこ
とによって当該米国特許出願の明細書の記載内容が本明
細書の一部分を構成するものとする。
ロ波分配システムでは、テレビジョン信号は、Lバンド
(band)のマイクロ波周波数範囲内(たとえば2150〜
2686MHz)の無線周波数(RF)搬送波信号に乗
せて伝送される。受信システムの高指向性皿形アンテナ
は、テレビジョン信号送信機により伝送されるマイクロ
波信号を受信する。低雑音ブロック(LNB)変換器
は、送信機が伝送する相対的に高い周波数のマイクロ波
信号の範囲全体(「ブロック」)を変換して、より処理
しやすい周波数範囲(たとえば128〜408MHz)
に下げる。この処理は、「ダウン変換」として知られて
いる。一般的に、LNB変換器は、皿形受信アンテナと
LNB変換器とを含む屋外ユニットの一部である。受信
システムはさらにまた屋内ユニットをも具える。屋外ユ
ニットからのRF信号は同軸ケーブルを介して屋内ユニ
ットに連結される。屋内ユニットは、LNB変換器から
受けられたRF信号から所望のチャネルに対応するRF
信号を選択して、この選択されたRF信号をさらに低い
中間周波数(IF)信号に変換する同調器を含む。屋内
ユニットはまた、このIF信号を復調しかつ復号する信
号処理部を含む。LNB変換器が生成するRF信号は時
には「第1IF信号」と呼ばれ、したがって同調器が生
成するIF信号は時には「第2IF信号」と呼ばれる。
トが受けるあらゆるマイクロ波信号の送信地点は単一で
ある。そのために、この送信地点から受信アンテナまで
の距離は通常的に屋外ユニットにより受けられる全ての
RF信号の信号強度を決定する。受信機が相対的に送信
地点に近いところにある場合には、受けられるRF信号
によってLNB変換器が過負荷となり、そのために生じ
る歪みが屋内ユニットの性能を低下させることもある。
テレビジョン情報がディジタル形式で符号化されるディ
ジタル・テレビジョン伝送システムでは、このような過
負荷は屋内ユニットの信号処理部内で復号誤りを引き起
こしうる。こうした復号誤りは、これらがテレビジョン
画像および音声情報の全損失を引き起こしうることか
ら、しばしば致命的である。
術者は、システムを据え付けるときに、受信位置が送信
地点に近い場合は相対的に低利得のアンテナ(たとえば
20dBの利得)を使用することを、そして受信位置が
送信地点から遠い場合(たとえば30マイル以上)には
相対的に高利得のアンテナ(たとえば24dBの利得)
を使用することを教えられる。しかし、たとえ低利得の
アンテナを使用してもLNB変換器の過負荷は起こりう
る。このために、技術者はさらにまた、送信地点に近い
据付場所では相対的に低い変換利得を有するLNB変換
器を使用することを教えられる。通常的に、据付技術者
は、20dBまたは30dBの変換利得を有する2つの
LNB変換器のいずれか一方を選択することができる。
ことがわかった。たとえば、技術者が特定の地点に対し
てアンテナとLNB変換器との組合せを誤って選択した
場合には、弱すぎる信号および信号の過負荷という両極
端を回避する最適な信号レベルを得られないこともあ
る。その結果として、屋内ユニットが復号誤りを生じ
て、画像および音声が欠落することになりかねない。
は、LNB変換器の変換利得を調節して、受信信号の強
度変動を補償する自動利得制御(AGC)回路を内蔵す
るLNB変換器が当該技術分野で求められていることを
認識した。よって、本発明は、屋外ユニットに含まれる
LNB変換器等のダウン・コンバータの変換利得を動的
に制御する装置に関する。
NB)変換器は、利得制御式RF増幅器と、ミクサおよ
び局部発振器を含む変換段と、出力増幅器と、この出力
増幅器の出力信号に応答して利得制御信号を生成する利
得制御信号発生器とを具える。この利得制御信号を利得
制御式RF増幅器に印加して、この増幅器の利得が所定
のスレショルド値を上回る入力信号レベルでは実質的に
一定となるようにする。
御装置全体が完全に屋外ユニット内に含まれている。
御装置の各部分が、部分的に屋外ユニットに含まれ、か
つ部分的に屋内ユニットに含まれる。具体的には、利得
制御信号発生器は受信システムの屋内ユニットに含まれ
る。利得制御信号発生器が発生させる利得制御信号は伝
送経路を介して受信システムの屋外ユニットに連結され
る。たとえば、この伝送経路は、屋外ユニットを屋内ユ
ニットに接続する同軸ケーブルの中心導体からなる。同
軸ケーブルの中心導体等の単一導体により制御信号を容
易に伝送するために、符号化装置を屋内ユニットに含め
て、単一導体により伝送される信号を利得制御情報で変
調する。たとえば、利得制御信号を周波数変調された低
周波トーンに変換して、この低周波トーンを伝送線の中
心導体に連結してもよい。中心導体は屋外ユニット内の
トーン検出器に連結されており、このトーン検出器が利
得制御信号を再生して、RF増幅器の利得を制御する。
これに代わる方法として、一般的に同軸ケーブルの中心
導体を介してLNBに送られるLNB変換器用供給電圧
の大きさを利得制御信号により変調してもよい。
の詳細な説明を考察することにより容易に理解されう
る。
を用いて、各図に共通する同一または同様の要素を示し
た。
rts Group 規格(通常的にMPEG規格として知られる)等
の所定のディジタル圧縮規格にしたがって符号化されか
つ圧縮された形で伝送される地上マイクロ波ディジタル
・テレビジョン分配システムを参照して本発明を説明す
る。当業者は、これ以外の通信システムに本発明の他の
実施例を用いうることを理解するであろう。たとえば、
本発明の1つの実施例は、カリフォルニア州のHughes C
orporationが運用しているDirecTV 衛星テレビジョン・
システム等のディジタル衛星テレビジョン・システムに
用いられうる。加えて、本発明は、信号対雑音特性が少
しでも低下すると引き起こされる処理上の誤りが致命的
となりうるディジタル通信システムに使用される場合に
特に有用である一方で、本発明はまた、アナログ通信シ
ステムの場合にも信号対雑音特性を高める上で有用であ
る。
ビジョン受信システムに用いられうる本発明の実施例に
かかる低雑音ブロック(LNB)変換器100のブロッ
ク図が示されている。このLNB変換器100は皿形受
信アンテナ(図示せず)と合わさって受信システムの屋
外ユニットに含まれる。LNB変換器100は、アンテ
ナに連結される入力ポート102と、第1のRF入力帯
域通過フィルタ104と、利得制御式RF増幅器106
と、第2のRF入力帯域通過フィルタ108と、ミクサ
110および構成に含まれる位相固定ループ(PLL)
112内に含まれる局部発振器(LO)を含む変換段1
09と、RF出力フィルタ114およびRF出力増幅器
116と、利得制御信号発生器144とを内蔵する。
ョン分配システムは、2150〜2162MHzおよび
2500〜2686MHzという2つの異なる周波数帯
域を含む2100〜2700MHzの範囲で動作する。
よって、第1のRFフィルタ104は入力ポート102
とRF増幅器106との間に並列に接続される1対のR
F帯域通過フィルタ118および120を具える。この
第1のRFフィルタ118は2150〜2162MHz
の帯域内のRF信号を通過させ、第2のRFフィルタ1
20は2500〜2686MHzの帯域内のRF信号を
通過させる。
では、例示的な利得制御装置として用いられる。以下に
述べるように、これ以外の利得制御装置を使用してもよ
い。RF増幅器106は一般的に約15dBの最大利得
を供給する2段増幅器である。このRF増幅器のいずれ
か一方の段または両方の段は二重ゲート形ガリウム砒素
FETまたはMOSFETトランジスタを用いて製作さ
れており、各々のFETにおいて第1のゲートは増幅器
106に対するRF入力端子を形成し、第2のゲートは
利得制御電圧を受ける利得制御端子となっている。この
第2のゲートに印加される利得制御電圧がその最大限の
値になると、増幅器106は最大限の利得を有する。第
2のゲートに印加される利得制御電圧が低下するにつれ
て、増幅器106の利得は減少する。これらのFETの
いずれか一方または両方を利得制御に利用することがで
きる。二重ゲート形MOSFETを用いたこのようなR
F自動利得制御回路は、Motorola Semiconductor Produ
ct Application Note, AN-478 の「二重ゲート形MOS
FETを用いた小信号RF設計(Small-Signal RFDesig
n With Dual-Gate MOSFETs )」と題するTrout の論文
に説明されている。バイポーラ・トランジスタ増幅器等
のその他の増幅回路を利得制御式増幅器として利用する
こともできる。
信号は、ミクサ110およびPLL112に含まれる局
部発振器を含む変換段109に連結される。ミクサ11
0は約6dBの損失を有する通常のダイオード・ミクサ
を具えていてもよい。この実施例では、局部発振器の周
波数は2278MHzである。その結果として、ミクサ
110は、116MHz(すなわち2278−2162
MHz)と128MHz(すなわち2278−2150
MHz)との間の周波数範囲内のRF信号を有する低い
側の成分と、222MHz(すなわち2500−227
8MHz)と408MHz(すなわち2686−227
8MHz)との間の周波数範囲内のRF信号を有する高
い側の成分とを生成する。フィルタ114は、116〜
408MHzの周波数範囲内のRF信号を通過させる帯
域通過性を有する。フィルタ114の出力信号はRF周
波数範囲内にあるがIF(中間周波数)信号と呼ばれ
得、したがってフィルタ114は図1に「IFフィル
タ」として示されている。
器116に連結される。この出力増幅器116は、約2
0dBの総利得を供給する2段増幅器を具えていてもよ
い。出力増幅器116の出力部は、キャパシタ124を
介してRF出力部126に連結されており、このRF出
力部はさらに同軸ケーブル(図1には図示せず)の中心
導体の1端部に接続される。この同軸ケーブルの中心導
体の他端部は、(図3に示されているように)受信シス
テムの屋内ユニットのRF入力部に接続される。
力は、同軸ケーブルの中心導体により屋内ユニットから
供給される。このために、図1に示されているように、
インダクタ128が出力ポート126を介して同軸ケー
ブルの中心導体とLNB変換器100の能動回路へのさ
まざまな供給電圧を発生させるDC電圧調整部130と
の間に接続される。
は、AGC信号処理装置134と縦続して連結されるA
GC検出器132を含む。最も単純な形態では、AGC
検出器132は、たとえばショットキー・ダイオードと
抵抗およびキャパシタ負荷とを組み合わせたものを具え
る通常のダイオード検波器136を具える。具体的に
は、このダイオードは自身の陽極リード線により出力増
幅器116の出力部に接続される。ダイオードの陰極リ
ード線は抵抗およびキャパシタ負荷とAGC信号処理装
置134とに接続される。検波器136は出力RF信号
を整流して、整流された信号をAGC信号処理装置13
4に供給する。ダイオードの極性は、所望の場合には反
転されてもよい。
形態では、演算増幅器138等のDC増幅器を具える。
AGC検波器132が発した整流信号は、演算増幅器1
38の第1の入力部に供給される。ソース(source)14
0が供給するスレショルド電圧は演算増幅器138の第
2の入力部に印加される。演算増幅器138は、RF出
力信号の整流信号がこのスレショルド電圧を超えるまで
最大出力信号を供給する。スレショルド電圧を超えた時
点で、整流信号が増大すると、演算増幅器の出力信号は
低下することになる。演算増幅器138の出力信号は、
RF増幅器106に与えられる利得制御信号となる。こ
のような態様で、整流信号がスレショルド電圧を超過し
た後は、整流信号の大きさが増大するにつれて、利得制
御信号の大きさは減少する。
制御信号は二重ゲート形ガリウム砒素FETまたはMO
SFETの1つのゲートに印加されて、LNB変換器1
00の全体の変換利得を制御する。これに代わる利得制
御装置として、PINダイオード減衰器144を第1の
RFフィルタ104とRF増幅器106との間に配置す
ることができる。この場合、RF増幅器106は固定利
得を有することとなり、PINダイオード減衰器の減衰
率は利得制御信号により制御されることとなる。そのた
め、利得制御信号の大きさが減少すると、RF増幅器1
06に対する入力信号の減衰率は増加する。当然なが
ら、利得制御信号の大きさと減衰値との間の関係は、本
発明を実施する際に用いられる特定の回路構成に依存し
て変化しうる。たとえば、演算増幅器は、出力信号強度
の増大に伴って増大する制御信号を生成してもよく、そ
の場合には減衰率は利得制御信号の増大に伴って増加す
ることになる。
として行なわれてもよい。たとえば減衰器を利得制御信
号に応答して第1のRFフィルタ104とRF増幅器1
06との間の信号経路に「切換え接続」または該経路か
ら「切換え切断」することができる。検出される出力信
号がスレショルド電圧を上回るときは、利得制御信号が
減衰器を「切換え接続」する。出力信号がスレショルド
電圧を下回るときは、減衰器は「切換え切断」される。
1つ以上の利得制御段階とさらに多くの減衰器とを用い
ることができる。
は、自動利得制御要素は完全に屋外ユニット内に内蔵さ
れていた。図2および図3に示されている本発明の実施
例の場合は、利得制御回路の一部は屋外ユニットに、一
部は屋内ユニットに含まれている。具体的には、利得制
御可能段は屋外ユニットのダウン・コンバータ内に含ま
れたままであるが、利得制御信号発生器は屋内ユニット
に含まれており、屋外ユニットのダウン・コンバータに
帰還連結される。
部分が図2に示される屋外ユニット200および図3に
示される屋内ユニット202のいずれにも組み込まれて
いる本発明の実施例を示す。図2に示されている屋外ユ
ニットは図1に示されたものと同様であり、したがって
以下では相違点についてのみ述べる。
は、第1のRFフィルタ204と、RF増幅器206
と、第2のRFフィルタ208と、ミクサ210および
位相固定ループ(PLL)212に含まれる局部発振器
を含む変換段209とを含む同調器を具える。屋外ユニ
ット200から同軸ケーブルを介してRF入力部223
で受信されるRF出力信号は、キャパシタ201を介し
て同調器203に連結される。2つのRFフィルタ20
4および208とRF増幅器206とが、この受信され
たRF信号を濾過しかつ増幅する。ミクサ210が位相
固定ループ212から受ける局部発振信号は、マイクロ
プロセッサ(図示せず)により制御された周波数を有し
ており、屋外ユニット200から受けられたRF信号の
「ブロック」から所望のチャネルに対応する特定のRF
信号を選択する。
F増幅器214とIFフィルタ216と第2のIF増幅
器218とを含む。ミクサ210が生成するIF信号
は、IF増幅器214とIFフィルタ216とIF増幅
器218とによって、増幅されて濾過された後に再び増
幅される。IF増幅器214とIFフィルタ216とI
F増幅器218とによって処理されたIF信号は、屋外
ユニット200のRF出力信号が「第1IF]信号と呼
ばれることがあるために、「第2IF信号」と呼ばれる
ことがある。たとえば、第2IF信号は約44MHzの
周波数を有しうる。
220に連結され、この信号処理部はディジタル・テレ
ビジョン情報の復調と復号と圧縮解除とを行なって、画
像および音声情報を表すディジタル信号を生成する。信
号処理部220はさらにまた、このディジタル信号を、
テレビジョン画像を表示しかつ対応する可聴応答を生成
するのに適した対応するアナログ信号に変換する。
の各部への供給電圧を発生させる。加えて、電源232
は屋外ユニット200のLNB変換器への供給電圧を発
生させる。一般的に、図3に示されているように、LN
B供給電圧は、LNB変換器200のRF出力ポート1
26と屋内ユニット202の入力ポート223との間に
接続される同軸ケーブル222の中心導体により屋外ユ
ニット200のLNB変換器に連結される。キャパシタ
201はLNB供給電圧が同調器203の入力部に連結
されることを防ぎ、インダクタ226はRF入力信号が
電源232に連結されることを防ぐ。
21は復調信号の大きさに応答して利得制御信号を発生
させる。具体的には、信号処理部220の復調器部分
は、ディジタル符号化されたテレビジョン情報に応答す
るパルス信号を生成する。利得制御信号発生器221
は、このパルス信号の大きさを表す信号を発生させる。
この大きさを表す信号がスレショルドと比較されて、ス
レショルドを超える場合にはパルス信号の大きさと関連
する大きさを有する制御信号が発生する。この処理はア
ナログ形式またはディジタル形式で行なわれうる。代り
に、屋外ユニットの利得制御信号を第2IF信号の大き
さに応じて発生させることができる。さらに加えて、屋
外ユニット200のLNB変換器用の利得制御信号発生
器は、図3に示されているように、屋内ユニット202
のRF増幅器206用の利得制御信号を発生させるのに
用いられる信号処理部220の各部分を共用しうる。
内のディジタル信号復号器により発生する誤りに応答し
て得られうる。具体的には、この復号器は、たとえば周
知のリード−ソロモン・アルゴリズムにしたがって動作
する順方向誤り訂正(FEC)部等の誤り訂正要素を含
む。利得制御信号発生器221は、復号器のFEC部が
検出するビット誤り率を監視することができ、利得制御
信号を調節してダウン・コンバータの変換利得を変更す
ることによって誤り率を低下させることができる。たと
えば、誤り率が許容不可になると、利得制御信号が変更
されて、LNB変換器200内のRF増幅器106の利
得が所定量だけ増大されうる。誤り率が改善されると、
RF増幅器106の利得は再び所定量だけ増大される。
この処理は、誤り率がもはや改善されなくなるまで繰り
返される。逆に、最初の利得増大時またはそれ以降のい
かなる利得増大時にもビット誤り率が悪化する場合に
は、RF増幅器106の利得は、誤り率が安定するまで
繰り返し段階的に減少されていく。
外利得制御信号は利得制御信号符号器224に連結され
る。この利得制御信号符号器224は利得制御信号を符
号化して伝送経路に連結し、この伝送経路が符号化信号
を屋外ユニット200に伝送する。伝送経路は、屋内ユ
ニット202と屋外ユニット200との間に接続される
同軸ケーブル222の中心導体であることが好ましい。
たとえば、制御信号符号器224は利得制御信号を変換
して、利得制御信号の大きさに依存する周波数を持つ可
聴周波トーン等の相対的に低い周波数のトーンにするこ
とができる。このために電圧制御式発振器を用いてもよ
い。屋外ユニット200用の利得制御信号は、パルス幅
変調や振幅変調等のその他の符号化技術を利用して符号
化されうる。符号化された利得制御信号は、インダクタ
226(すでに電源232をRF入力信号から隔離する
のに使用されている)を具えるローパスフィルタを介し
て、同軸ケーブル222の中心導体に連結される。
200において、復号器230はインダクタ128とキ
ャパシタ129とを介して同軸ケーブルの中心導体に連
結されて、符号化利得制御信号を復号する。利得制御の
大きさに応じて変調された周波数を持つトーン信号の場
合は、復号器230は周波数弁別器を具えていてもよ
い。復号器230の出力は、屋内ユニット202内で発
生された利得制御信号に応答するDC電圧である。復号
された利得制御信号は、屋外ユニット200のRF増幅
器106等の利得制御可能段に供給される。図1を参照
して説明したように、この利得制御可能段は、ガリウム
砒素FET、MOSFETまたはバイポーラ・トランジ
スタ増幅器等の利得制御可能な増幅器かまたは制御可能
な減衰器を具えうる。
ずしも符号化されなくてもよい。中心導体が屋外ユニッ
トへの電力供給に使用されていない場合には、この利得
制御信号を符号化せずに中心導体に供給することができ
る。加えて、LNB変換器200の電源雑音仕様によっ
ては、利得制御信号をLNB電源電圧に重畳させて、当
該信号レベルを変調することができる。LNB供給電圧
の利得制御信号の変調が妥当な低レベルに保たれる場合
には、LNB変換器200内の調整器130により生成
される供給電圧が利得制御信号に応答して変化すること
はなくなる。しかし、利得制御信号の変調を復号器によ
り検出して、制御可能な利得制御段用の利得制御信号に
変換することは可能である。
同軸ケーブル222によりLNB変換器200に連結す
るのではなしに、たとえば1対の導体を撚り合せたもの
を具える別途の経路を用いてもよい。
ン・コンバータ機構の自動利得制御要素によって得られ
る。
は著しく変動しうるが、RF出力信号の振幅は相対的に
一定のレベルに維持される。
理しても歪みが生じない。ディジタル受信システムで
は、このことにより、復号上の誤りによって引き起こさ
れる画像および音声の欠落が最小限に抑えられる。
による振幅の変動が少なくなる。
の用途は、据付時にアンテナを最適に位置決めすること
である。利得制御信号は、計器を手段とする等の視覚的
方法または信号強度が変化するにつれて周波数または振
幅が変化する音声応答を発する可聴トーン発生器を手段
とする等の聴覚的方法のいずれかにより据付員に信号強
度を示すのに利用されうる。図1に示された実施例は、
利得制御信号をLNB変換器100内で発生させるもの
であり、信号強度指示装置をアンテナの整合がとられる
屋外ユニットの利得制御信号発生器146に直接連結し
うるために、この点で特に有用である。
たさまざまな実施例および改変例を詳細に説明したが、
当業者はこれ以外にも、これらの教示を尚も取り入れな
がら添付の1つ以上の請求項に記載されている本発明の
範囲内に含まれる多くの実施例を容易に工夫することが
できる。
(LNB)変換器のブロック図である。
ステムの一部を示すブロック図である。
る。
Claims (1)
- 【請求項1】 アンテナから受信されたRF信号の周波
数帯域をより低い周波数帯域に変換する、受信システム
の屋外ユニットのダウン・コンバータであって、出力部
を有し、当該出力部に同軸ケーブルを介して結合した、
同調器および復号器を含む屋内ユニットに前記変換され
たRF信号を供給するダウン・コンバータと、 前記変換されたRF信号に応答して利得制御信号を生成
する利得制御信号発生器と、 前記ダウン・コンバータ内に含まれ、かつ前記利得制御
信号発生器に連結された、前記利得制御信号に応答して
前記ダウン・コンバータの変換利得を制御する手段とを
具えたことを特徴とする装置。
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