JPH11504474A - 通信およびテレメトリ・システム用自動利得制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光ファイバ・リンクを用いる多チャンネルＲＦシステムで使用される自動利得制御回路。該回路は、複数の減衰されたＲＦ信号から電力レベルを同時に抽出し、ＲＦ入力信号間に存在した、減衰された信号間に信号強度の関係を維持しながら、最大電力のチャンネルを光ファイバ・リンクの電力容量により決定される予め定めた電力レベルより低く保持するために必要な量によって、全てのチャンネルにおける利得を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】 通信およびテレメトリ・システム用自動利得制御回路 発明の背景 １．技術分野 本発明の分野は、衛星通信システムの如き通信およびテレメトリ・システムで あり、特に、このようなシステムに採用される光ファイバ・リンクで用いられる 自動利得制御回路に対するものである。 ２．従来技術の記述 通信およびテレメトリ・システムにおいては、（航空機、船舶または自動車の 如き）移動信号源からの無線周波（ＲＦ）信号の受信を改善するため周波数ダイ バーシティおよび（または）偏波ダイバーシティがしばしば用いられる。この技 術は、受信設備が異なる受信信号の相対的強さを比較すること、および最大の信 号対雑音比を結果として生じるようにこれら信号を結合することを要求する。 レーザ光ファイバ技術の出現により、システム設計者は受信アンテナから遠く 離れて比較および結合を行う受信設備を設置することが可能になった。光ファイ バ・リンクはノイズが多いので、大きな強さの信号あるいは高電力の信号を送信 することが極めて望ましい。しかし、光ファイバ装置における現在の技術水準は 、光ファイバ・リンクで送ることができる信号強度の範囲を制限し、送信信号強 度を制限するように、光ファイバ送信機の前に可変利得要素を設置することをシ ステム設計者に強制する。このことは、受信信号強度が高い時は光ファイバ・リ ンクを過励振あるいは焼損することを防止すると共に、信号が弱い時はシステム 雑音温度を保持するために必要である。 現在の設計によれば、各信号チャンネルは、独立の自動利得制御回路を用いて 受信信号強度を増強する。チャンネルにおけるこのような利得制御は、比較およ び結合装置に対する入力において各チャンネルの相対レベルを乱すので、このよ うな装置に不正な決定を生じる結果となる。 図１は、全体的に１０で示される典型的な従来技術の２チャンネル自動利得制 御（ＡＧＣ）システムを示す。左チャンネル１２と右チャンネル１４は、図１に おいて鎖線で示される。左チャンネル１２は、自動利得制御装置２０と受信機２ ２とから成る。ＡＧＣ装置２０に対する入力２４は、通常はＲＦ信号である左チ ャンネル信号を受信アンテナ増幅器（図示せず）から受取る。自動利得制御装置 ２０の出力２６は、光トランスデューサ２３と光ファイバ・リンク３０とを介し て受信機２２の入力２８に接続される。受信機２２の出力３２は、ダイバーシテ ィ結合器３６の入力３４に接続される。右チャンネル１４は、ＡＧＣ装置４０と 受信機４２から成る。ＡＧＣ装置４０の入力４４は、アンテナ増幅器から右チャ ンネル信号を受取る。ＡＧＣ装置４０の出力４６は、光トランスデューサ４３と 光ファイバ・リンク５０とを介して、受信機４２の入力４８に接続される。受信 機４２の出力５２は、ダイバーシティ結合器３６の入力５４に接続される。更に 、受信機２２および４２もまた、受信した各信号の信号強度を計測して、このデ ータをそれぞれリード線３５、５５を介してダイバーシティ結合器３６へ送る。 光トランスデューサ２３および４３は、出力２６および４６上の減衰したＲＦ出 力信号を光信号へ変換する。 ２チャンネル・システム１０においては、左チャンネル１２と右チャンネル１ ４における到来信号即ち受信信号が、それぞれ＋１２ｄＢｍと−３２ｄＢｍの電 力レベルをもち、あるいは信号強度で４４ｄＢの信号電力差をもつものと仮定す る。右チャンネル信号の方が弱いので、その信号対雑音比は左チャンネル信号の 信号対雑音比よりも低い。しかし、図１の独立のＡＧＣ回路を用いると、ＡＧＣ 装置２０および４０の出力２６および４０における信号はそれぞれ、当技術で周 知のように、例えば＋１５ｄＢｍの予め定めた信号強度レベルまで減衰（この場 合には、増幅）され、結果としてゼロｄＢの差を生じる。これらの信号はそれぞ れ、それぞれの光ファイバ・リンク３０、５０を介してそれぞれの受信機２２、 ４２へ送られる。ダイバーシティ結合器３６においては、この結合器３６は、当 技術において公知の、信号強度に比例して各チャンネル信号の部分を結合して最 適信号を得る重み付けアルゴリズムを用いる。最善の信号（即ち、最大の信号対 雑音比を持つ信号）を得るために、ダイバーシティ結合器は、最初に受信した２ つの信号のうちの強い方の信号（即ち、左チャンネル１２における信号）の大部 分を用いなければならない。しかし、受信機２２、４２から入力３４、５４で受 取った２つの信号は減衰していて今は等しいゆえに、ダイバーシティ結合器は各 信号に同等に重み付けをし、その結果としての出力５６における結合された信号 は増加した雑音内容をもつことになる。 光ファイバ・リンクを過励振しないようにしながら、比較されるべき信号間の 電力レベルの相対差を保持するＡＧＣ回路をもつことが有利である。 発明の概要 本発明の回路は、多チャンネル・システムにおける信号の電力レベルを同時に 抽出し、複数の信号間の信号強度の関係を維持しながら、最も強いチャンネルを 予め定めた特定のレベルより低く保持するために必要な量だけ全てのチャンネル において利得を調整する。 図面の簡単な説明 本発明の上記および他の目的、特徴および特質については、図面に関して以降 の詳細な記述を読めば、更に明瞭に理解されよう。 図１は、従来技術の自動利得制御システムの概略図、 図２は、本発明を具現したシステムの概略図、および 図３は、図２において用いられた本発明の自動利得制御回路の概略図である。 発明の詳細な記述 図２において、多チャンネルＲＦシステムの２チャンネル形式に対する本発明 の一実施形態の概略図が示される。図１に示された機能と同じ機能をもつ構成要 素は、同じあるいは同様の参照番号をもつ。１００で全体的に示される２チャン ネル用のシステムは、左右のチャンネルに対してそれぞれ入力２４、４４と出力 ２６、４６をもつ点線内の自動利得制御（ＡＧＣ）回路１１０から成る。これら チャンネルで受信されるＲＦ入力信号は、変化する電力レベルを有する。出力２ ６および４６は、それぞれ、光トランスデューサ２３、４３および光ファイバ・ リンク３０、５０を介して、それぞれ受信機２２、４２の入力２８、４８に接続 される。２つの受信機の出力３２、５２は、ダイバーシティ結合器３６の入力３ ４、５４に接続される。更に、受信機２２、４２はまた、受信信号の信号強度を 計測し、このデータをそれぞれリード線３５、５５を介してダイバーシティ結合 器３６に送る。受信機は、受信した光信号を、ダイバーシティ結合器３６の入力 に送られる電気信号へ変換する。 出力５６における重み付けされた結合信号は、ダイバーシティ結合器３６によ り決定される、アンテナ受信機から受取った元のＲＦ入力信号の重み付けされた 組合わせである。例えば、左チャンネルの信号の電力レベルが右チャンネルのそ れの２倍であったならば、重み付けされた結合信号は、右チャンネル信号よりも 大きく左チャンネル信号に依存する。重み付けされた信号の正確な釣り合わせは 、ダイバーシティ結合器３６において用いられる重み付けアルゴリズムによって 決定される。当技術で周知の多数の重み付けアルゴリズムを用いることができる 。重み付けされた結合信号は、信号に含まれるデータを取出すため更に処理する ための他の装置へ送られる。実際には、減衰手段および光トランスデューサは、 受信機およびダイバーシティ結合器が配置される第２の場所から離れた第１の場 所に配置される。この２つの場所は、各チャンネルに用いられる光ファイバ・リ ンクにより相互接続される。 入力２４および４４は、それぞれ減衰手段１１２および１１４に接続される。 減衰手段１１２、１１４の出力１１６、１１８は、出力２６、４６と制御装置１ ２４の入力１２０、１２２とにそれぞれ接続される。制御装置１２４は、左右の チャンネルの信号を抽出し、抽出された信号をＤＣ電圧信号へ変換するための信 号抽出および変換手段と、変換されたＤＣ電圧信号を加算する加算手段と、加算 されたＤＣ電圧信号を対数増幅するための対数増幅手段と、対数増幅手段に対す るバイアス制御部と、図３に関して以下に更に詳細に述べる、対数増幅された加 算されたＤＣ電圧信号を線形化するための線形化手段とを含んでいる。この線形 化された信号は利得制限信号である。利得制限信号を提供する制御装置１２４の 出力１２６は、それぞれ減衰手段１１２、１１４における利得制限入力１２８、 １３０に接続される。 左右のチャンネル信号に対する減衰手段１１２、１１４は、減衰されるべきＲ Ｆ信号のダイナミック・レンジにわたって相互に密接に追跡し合うものであるこ とことが望ましい。追跡の密接さはＡＧＣ回路１１０が用いられる全システムの 関数であるが、衛星または移動車両追跡システムに対しては、減衰装置は、シス テムの全ダイナミック・レンジにわたってプラス、マイナス２ないし３ｄＢの範 囲内で追跡することが望ましい。衛星追跡システムまたは移動車両追跡システム に対しては、入力信号はＲＦレンジ内にあり、減衰手段１１２、１１４はＰＩＮ ダイオード減衰器として知られる形式のものであることが望ましい。このような ＰＩＮダイオード減衰器は、米国メリーランド州Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ、Ｇｒｏｖ ｅ Ｒｏａｄ ７３１１ＧのＡｍｅｒｉｃａｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ社製のモデ ル４０８０である。左右のチャンネルの信号を減衰するための他の手段は、当技 術において周知の可変利得増幅器、モータ駆動減衰器およびアナログ乗算器を用 いることを含む。望ましくは、ダイバーシティ結合器は、米国ジョージア州Ｎｏ ｒｃｒｏｓｓのＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ａｔｌａｎｔａ社製のモデル９３４−２ である。 制御装置１２４においては、出力１１６、１１８におけるＲＦ信号の電力レベ ルは、信号抽出および変換手段により連続的に抽出されてＤＣ電圧信号へ変換さ れる。このＤＣ電圧信号は、それぞれ左右のチャンネルの信号強度レベルに正比 例する。このＤＣ電圧信号は、次に加算手段において合算される。この合算され た信号は出力１１６、１１８における信号の複合レベルを表わす。この複合レベ ル信号は、濾波され、増幅され、バイアス制御される対数増幅手段によってボル ト／ｄＢの比信号へ変換され、次いで線形化手段において線形化される。この線 形化された信号あるいは利得制限信号は、両方の減衰装置が、制御装置１２４か らの所与の出力信号に対して同量の減衰を与えるように、２チャンネルに対する 減衰手段１１２、１１４における利得制限入力１２８、１３０に対する出力１２ ６へ与えられる。バイアス制御部は対数増幅手段の最大出力信号を制限し、その 出力信号は次いで線形化されて、利得制限信号として利得制限入力１２８、１３ ０へ出力される。このバイアス操作は、減衰手段１１２、１１４が光ファイバ・ リンク３０、５０に対する予め定めた最大減衰レベルを越え得ないことを保証す るので、光ファイバ・リンクが減衰手段により過励振されることがない。 減衰手段１１２、１１４はまた、最低の予測入力チャンネル信号レベルを所定 の最大減衰レベルまで高めるのに足る利得を持たなければならない。ＡＧＣ回路 １１０の使用によって、信号強度の差をチャンネル信号間に維持しながら、チャ ンネル信号を減衰させることができる。これらの信号が、それぞれ先に述べたよ うに減衰されて光トランスデューサ２３、４３、光ファイバ・リンク３０、５０ および受信機２２、４２を介してダイバーシティ結合器３６へ送られる時、ダイ バーシティ結合器３６は更に正確にその重み付け機能を行って、出力５６に低い 雑音内容をもつ出力信号を生じる。 ＡＧＣ回路１１０の一実施形態が図３に示される。減衰手段１１２の出力１１ ６における減衰されたＲＦ信号は、当技術において周知の信号スプリッタ即ち信 号分割器手段２０８の入力２０６へ送られ、ここで左チャンネル信号は２つの部 分へ分割されて抽出され、その各々が出力される。信号分割器手段２０８の１つ の出力２０９は出力２６に接続される。信号分割器手段２０８は、減衰されたＲ Ｆ信号の大きさに比例する抽出された信号出力２１０を提供する。この抽出され た信号は検出増幅器２１４の入力２１２へ送られて更に処理され、最後に、減衰 手段１１２へフィードバックされる。使用できる信号分割器手段の例は、方向性 結合器、抵抗型電力分割器、ウィルキンソン・スプリッタあるいはハイブリッド 分割器を含む。増幅器２１４の出力２１６は加算増幅器２２０へ送られる。減衰 器手段１１４の出力１１８もまた、信号分割器手段２０８の機能と類似の機能を もつ信号分割器手段２４８の入力２４６へ送られる。信号分割手段２４８の一方 の出力２４９は出力４６に接続される。信号分割器手段２４８の他方の出力２５ ０は、出力２５６が加算増幅器２２０へ送られる検出増幅器２５４の入力２５２ へ送られる。加算増幅器２２０の出力２６０は対数増幅器２６４の入力２６２へ 送られる。対数増幅器の出力２６６はリニアライザ２６８、２７０の入力へ送ら れる。対数増幅器２６４の出力信号はバイアス制御部２６９によって制限される 。リニアライザ２７０の出力２７２は減衰手段１１４の利得制限入力１３０に接 続される。リニアライザ２６８の出力２７４は減衰手段１１２の利得制限入力１ ２８へ送られる。 それぞれ検出増幅器２１４、２５４へ送られる出力２１０、２５０における抽 出された信号は左右のチャンネルの信号の電力レベルに比例する。検出増幅器２ １４、２５４の入力２１２、２５２における信号はそれぞれ、これら増幅器によ り、出力２１６、２５６における各信号の電力レベルに比例するＤＣ電圧信号へ 変換される。加算増幅器２２０の出力２６０における信号は、増幅器２１４、２ ５４から出力される信号の和を表わす。出力２６０における信号は、対数増幅器 ２６４を通過した後、ボルト／ｄＢの単位のＤＣ電圧信号へ変換され、出力２１ ６、２５６からの信号の和の電力レベルの平方根に比例する。当技術において周 知のように、バイアス制御部は出力２６６における信号を予め定めた最大レベル に制限する。この最大レベルは、光ファイバ・リンク３０、５０および受信機２ ２、４２の電力容量によって決定される。この制限は、減衰手段が光ファイバ・ リンクまたはそれらの各受信機を過励振しないように設定される。次いで、出力 ２６６における信号はリニアライザ２６８、２７０において線形化される。線形 化は、多くの区切り点をもつフィードバック・ループ抵抗ダイオードの組合わせ を使用する演算増幅器によって行われる。この結果、各チャンネルに対する減衰 手段における利得制限入力への信号入力の個々の線形化を生じる。他の線形化手 段もまた使用することができる。 先に述べた回路は、全てのチャンネルにおける両端間の（ｅｎｄ−ｔｏ−ｅｎ ｄ）利得が等しいこと、および最も強い信号が、装置が配される２つの遠隔場所 を相互接続する光ファイバ・リンクを過励振しない予め定めた最大減衰レベルに 保持されることを保証する。線形化の使用により、各チャンネルがシステムのダ イナミック・レンジにわたって等しい正味減衰（または、利得）を提供すること ができるので、ダイバーシティ結合器３６の決定プロセスを更に正確にし、従来 技術回路によるよりも低い雑音成分をもつ信号を得ることができる。 各チャンネルが線形化手段をもつことが望ましいが、１つの線形化回路を用い ることができ、その出力は減衰手段の利得レベル入力１２８、１３０へ送られる 。線形化手段は、図示のように個々の構成要素から構成しても、減衰手段１１２ 、１１４に一体化してもよい。このような一体化された減衰手段の一例は、これ もまたＡｍｅｒｉｃａｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ社製の線形化ＰＩＮダイオード減 衰 器モデルＡＧＴ−２０００−６０−Ｄである。 上記回路は２チャンネルしか例示していないが、当該回路は追加の信号チャン ネルの使用によって多チャンネル用途に拡張できることを知るべきである。対応 する信号入力は、付加される各チャンネルの減衰手段から、当該チャンネルの信 号分割器手段および検出増幅器を介して加算増幅器へ与えられ、対応する線形化 手段および利得制限出力信号が追加される各チャンネルへ与えられる。 本発明の範囲内の本文に述べた方法および装置に対する変更および修正は、当 業者にとって自明であり、例示と見なされるべきである。本発明は、請求の範囲 の趣旨および範囲に含まれるかかる全ての修正を包含するものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．変化する強度のＲＦ入力信号を含む少なくとも２つのＲＦ入力チャンネルと 、減衰されたＲＦ出力信号を光トランスデューサを介して対応する光ファイバ・ リンクへ提供する対応した数のＲＦ出力チャンネルとを有する多信号チャンネル ＲＦシステムにおける自動利得制御回路において、 ＲＦ入力信号を減衰して減衰されたＲＦ出力信号を生じる減衰手段であって、 前記ＲＦ入力信号のうちの対応した信号を受取るように接続された入力と、利得 制限信号を受取る利得制限信号入力と、減衰されたＲＦ出力信号を前記ＲＦ信号 チャンネル出力のうちの対応した出力へ提供する出力とを有し、利得制限信号に 応答して出力における前記減衰されたＲＦ出力信号の電力レベルを制御する、各 ＲＦ入力チャンネルに対する減衰手段と、 減衰されたＲＦ出力信号を抽出し該抽出された信号を前記減衰されたＲＦ出力 信号の電力レベルに比例する変換された信号へ変換するための手段であって、対 応する減衰手段の出力に接続された入力と、前記変換された信号に対する出力と を有する、各減衰されたＲＦ出力信号に対する抽出および変換手段と、 それぞれの前記抽出および変換手段からの前記変換された信号を加算して加算 された信号を生成するための加算手段であって、前記対応する変換された出力信 号を受取るための前記抽出および変換手段の出力に対応する入力と、前記加算さ れた信号に対する出力とを有する加算手段と、 前記加算手段の出力に接続された入力と前記増幅された出力信号に対する出力 とを有する、前記加算された信号を対数的に増幅して増幅された出力信号を生じ る対数増幅手段と、 前記対数増幅手段に接続されて、前記増幅された出力信号のレベルを予め定め た最大値に制限するバイアス制御手段と、 各減衰手段に対して設けられ、前記対数増幅手段の前記増幅された出力信号を 受取るための入力と各減衰手段の前記利得制限信号入力に接続されて前記利得制 限信号を提供する出力とを有する、該対数増幅手段の前記増幅された出力信号を 線形化して前記利得制限信号を生じる線形化手段と、 を備え、 これにより、前記自動利得制御回路が、前記ＲＦ入力信号間に存在した、減衰 されたＲＦ出力信号間の信号強度の差を同時に維持し、最大電力の減衰されたＲ Ｆ出力信号が最大の予め定めたレベルを越えないように前記ＲＦ入力信号の各々 を減衰させる 自動利得制御回路。 ２．線形化手段の数が減衰手段の数に対応し、各線形化手段が、増幅された信号 を受取る入力とそれぞれの減衰手段の前記利得制限入力に接続されて前記利得制 限信号を提供する出力とを有する請求項１記載の装置。 ３．前記線形化手段が、前記増幅された信号の個々の線形化のための抵抗ダイオ ードの組合わせをもつフィードバック・ループを有する演算増幅器を含む請求項 ２記載の装置。 ４．前記減衰されたＲＦ信号に対する各々の前記抽出および変換手段が更に、 前記減衰されたＲＦ出力信号を少なくとも第１の部分と第２の部分とに分割す る信号分割器であって、前記対応する減衰手段の出力に接続された入力と少なく とも２つの出力とを有し、前記出力の一方が前記第１の部分が送出される前記減 衰されたＲＦ出力信号を提供するＲＦ出力チャンネルであり、前記出力の他方が 前記第２の部分により形成される抽出された信号を提供する信号分割器と、 前記抽出された信号を提供する前記信号分割器の出力に接続された入力と、前 記加算手段におけるその対応する入力に接続された前記変換された信号に対する 出力とを有する、前記抽出された信号を前記変換された信号へ変換する検出増幅 器と、を含む請求項１記載の装置。 ５．少なくとも２つの遠隔位置にあるが相互接続された場所に配置された信号処 理要素を有する多入力、多出力ＲＦ信号チャンネル・システムにおいて、 出力ＲＦ信号チャンネル数に対応する数の、光信号を伝送しかつ前記２つの場 所を相互接続するための光ファイバ・リンクと、 第１の場所に配置された自動利得制御手段であって、ＲＦ入力信号を受取るた め前記ＲＦシステムに設けられた前記ＲＦ入力信号の数に対応する複数のＲＦ入 力チャンネルと、対応数の減衰されたＲＦ出力信号を提供する対応数のＲＦ出力 チャンネルとを有し、前記ＲＦ入力信号間に存在した、前記減衰されたＲＦ出力 信号間の信号強度の差を同時に維持し、最大電力の減衰されたＲＦ出力信号が前 記光ファイバ・リンクの電力容量に基く最大の予め定めたレベルを越えないよう に、前記ＲＦ入力信号の各々を減衰させる自動利得制御手段と、 ＲＦ出力チャンネル数に対応し、前記第１の場所に配置された光トランスデュ ーサであって、１つのトランスデューサが前記ＲＦ出力チャンネルの対応するチ ャンネルに接続され、各々のトランスデューサがその対応する減衰されたＲＦ信 号入力を光出力信号へ変換することにより、変換された時、最大電力の減衰され たＲＦ信号が前記光ファイバ・リンクに対する最大の予め定めたレベルを越えな い光トランスデューサと、 ＲＦ出力チャンネル数に対応し、前記第１の場所から遠く離れた第２の場所に 配置された光受信機であって、各々の光受信機が前記光出力信号の１つを受取る 入力を有し、かつ、受取られる前記光出力信号を表わす電気信号を出力に生じ、 前記光ファイバ・リンクの対応するリンクにより前記光トランスデューサと相互 接続される光受信機と、 前記光受信機から前記電気信号を受取るための前記ＲＦ出力チャンネルの数に 対応する入力を有する、前記第２の場所に配置されたダイバーシティ結合装置と 、を備えるシステム。