JPWO2004095731A1

JPWO2004095731A1 - 受信装置

Info

Publication number: JPWO2004095731A1
Application number: JP2005505760A
Authority: JP
Inventors: 成田　雅裕; 雅裕成田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-04-21
Filing date: 2004-04-21
Publication date: 2006-07-13
Also published as: CN1781266A; US20070004353A1; WO2004095731A1; US7373126B2

Abstract

利得制御信号生成部（６０）は各信号処理部から得られる信号のうち最大レベルの信号を用いて利得制御信号を生成する。利得統一部（７０）は、利得制御信号を用いて各可変利得アンプを共通に制御した場合に各信号処理部に生じる利得偏差に相当するオフセットをオフセット記憶部（７２ａ、７２ｂ）に記憶している。当該オフセットを信号処理部毎に利得制御信号に付加し、オフセット付加後の利得制御信号を用いて信号処理部毎に可変利得アンプ（２６ａ、２６ｂ）を制御する。較正制御部（８０）の制御下で、較正信号供給部（９０）及びオフセット決定部（７３）がそれぞれ較正信号及び較正用利得制御信号を供給し、オフセット決定部（７３）は各信号処理部からの信号レベルが統一されるオフセットを決定しオフセット記憶部（７２ａ、７２ｂ）を更新する。

Description

本発明は、受信装置に関し、特に、複数のアンテナそれぞれの受信信号を処理する信号処理部を備える受信装置において各信号処理部の利得を一様に揃える技術に関する。

従来、アダプティブアレイ装置を用いて、所望方向に位置する相手機器との間で選択的に通信を行う無線通信装置が実用化されている。
アダプティブアレイ装置は、一般に、複数のアンテナと、当該複数のアンテナそれぞれの送受信信号を個別に処理する信号処理部と、アンテナ毎の送受信信号に振幅差と位相差を与えることによってアンテナ全体として所望の指向性パターンを形成する指向性処理部とを含んで構成される。
アダプティブアレイ装置における各信号処理部は、受信信号のダイナミックレンジを確保するために自動利得制御（ＡＧＣ：ＡｕｔｏｍａｔｉｃＧａｉｎＣｏｎｔｒｏｌ）される。
このようなアダプティブアレイ装置における自動利得制御の一例が、例えば日本国の特開平３−７０２２１号公開特許公報に開示されている。当該アダプティブアレイ装置はアンテナごとに信号処理部（ブランチ）を備え、代表する１つの信号処理部から得られる信号を共通に用いて各信号処理部の利得を一様にフィードバック制御する方式で自動利得制御を行う。この方式によれば、アダプティブアレイの入力信号の大きさの関係がＡＧＣ前後でほぼ等しくなり、アダプティブアレイの制御に影響を与えない。
しかしながら、上記従来技術の自動利得制御によれば、１つの信号処理部から得られる信号を共通に用いて各信号処理部に一様なフィードバック制御をかけても、各信号処理部を構成する素子のばらつきや経時変化のため、各信号処理部の利得が完全には統一されないという問題がある。
特に、アダプティブアレイ装置は、受信用の各信号処理部から得られた受信信号に好適な振幅差と位相差とを与えることによって所望の受信指向性パターンを形成し、送信用の各信号処理部は受信時とそれぞれ同量の振幅差と位相差とを送信信号に与えることによって受信指向性パターンと同一の送信指向性パターンを形成する。
このため、受信用の各信号処理部に利得偏差がある状態での各受信信号の振幅差を送信用の各信号処理部の振幅差として処理すると、受信指向性パターンと送信指向性パターンとに不一致が生じる問題がある。

上記問題点を解決するために、本発明は、複数の信号処理部各々が統一された利得を有する受信装置の提供を目的とする。
本発明の受信装置は、複数のアンテナと、当該複数のアンテナそれぞれの受信信号を処理する信号処理部とを備える受信装置であって、一つの信号処理部から得られた信号を基準として利得制御信号を生成する利得制御信号生成手段と、当該複数の信号処理部それぞれに含まれ、当該利得制御信号に基いて利得を制御される可変利得手段と、当該利得制御信号を用いて各可変利得手段の利得を共通に制御した場合に各信号処理部に生じる利得偏差を打ち消す利得を、信号処理部毎に与える利得統一手段とを備える。
また、前記受信装置は、さらに各信号処理部から得られる信号をアダプティブアレイ処理することによって所望の指向性を得る指向性処理手段を備えてもよい。
この構成によれば、利得制御信号を共通に用いる場合に各信号処理部を構成する素子のばらつき等のために生じていた利得偏差が打ち消されるので、各信号処理部の利得が高い精度で統一される。
特に、各信号処理部からの信号をアダプティブアレイ処理することによって指向性を形成する場合には、指向性形成に悪影響を及ぼす信号処理部毎の利得偏差が打ち消されるので、指向性形成精度を向上できる。
また、前記利得統一手段は、各信号処理部に含まれ、かつ、自身が含まれる信号処理部の利得偏差を打ち消す利得を与える利得調整器であるとしてもよい。
この構成によれば、例えば、各信号処理部に挿入される半固定ボリュームといったごく簡便な素子を用いて利得統一を行うことができる。
また、前記利得統一手段は、前記利得偏差に相当するオフセットを信号処理部毎に予め記憶しており、当該記憶されているオフセットを前記利得制御信号に付加することによって、信号処理部毎に前記利得制御信号を補正し、各可変利得手段は、信号処理部毎に、当該補正後の利得制御信号によって利得を制御されるとしてもよい。
この構成によれば、可変利得手段を用いて利得の統一を行うことができる。一般的な受信機器の信号処理部は、ＡＧＣ用の可変利得アンプを含んで構成されるから、そのような可変利得アンプを各信号処理部の利得統一に兼用することにより、専用の可変利得手段を信号処理部に挿入する必要がなくなり、各信号処理部における部品点数や雑音の増大が抑制される。
また、前記利得統一手段は、前記利得偏差に相当するオフセットを、異なる複数の受信信号周波数、及び異なる複数の利得制御信号レベルに対応付けて信号処理部毎に予め記憶しており、現に処理中の受信信号の周波数、及び前記利得制御信号のレベルに対応して記憶されているオフセットを前記利得制御信号に付加することによって、信号処理部毎に前記利得制御信号を補正してもよい。
この構成によれば、信号処理部の利得が処理対象の周波数範囲全域にわたって一様でない場合、また、与えられる利得制御信号と得られる利得との関係が信号処理部毎に異なる場合に、これらの誤差に起因する信号処理部毎の利得偏差を効果的に打ち消すことができる。
また、前記受信装置は、さらに、同一レベルの較正信号を各信号処理部に供給する較正信号供給手段と、当該較正信号に応じて各信号処理部から得られる信号レベルを統一するオフセットを決定するオフセット決定手段とを備え、前記利得統一手段は、当該決定されたオフセットで記憶しているオフセットを更新してもよい。
この構成によれば、経時変化や運用環境の変化によって信号処理部毎の利得偏差が生じた場合でも、それを効果的に打ち消すことができる。

図１は、受信装置１の全体構成を示す機能ブロック図である。
図２は、第１のオフセット較正処理を示したフローチャートである。
図３は、オフセットテーブルの一例である。
図４は、第２のオフセット較正処理を示したフローチャートである。
図５は、受信装置２の全体構成を示す機能ブロック図である。

（第１の実施形態）
第１の実施形態における受信装置は、複数のアンテナと、当該複数のアンテナそれぞれの受信信号を処理する信号処理部を備える。各信号処理部は、自動利得制御を行うための可変利得アンプを含む。
当該受信装置は、各信号処理部から得られる信号のうち最大レベルを与える信号を用いて利得制御信号を生成する。そして、当該利得制御信号を用いて各可変利得アンプの利得を共通に制御した場合に各信号処理部に生じる利得偏差に相当するオフセットを信号処理部毎に当該利得制御信号に付加し、当該オフセット付加後の利得制御信号を用いて信号処理部毎に前記可変利得アンプの利得を制御する。
また、当該受信装置は、信号処理部毎のオフセットが各信号処理部の利得の偏差を正確に打ち消すように、当該オフセットを較正する。
（全体構成）
図１は、第１の実施形態における受信装置１の全体構成を示す機能ブロック図である。
受信装置１は、アンテナ１０ａ、１０ｂ、第１信号処理部２０ａ、第２信号処理部２０ｂ、局部発振器３０、指向性処理部４０、復調部５０、利得制御信号生成部６０、ログアンプ６８ａ、６８ｂ、Ａ／Ｄコンバータ６９ａ、６９ｂ、利得統一部７０、Ｄ／Ａコンバータ７４ａ、７４ｂ、較正制御部８０、及び較正信号供給部９０から構成される。
特に、指向性処理部４０、復調部５０、利得制御信号生成部６０、利得統一部７０、較正制御部８０、及び較正信号供給部９０は、ＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、メモリ等を用いて構成され、各部の機能は、ＤＳＰ又はＣＰＵがメモリに格納されているプログラムを実行することによって実現される。
第１信号処理部２０ａは、アンテナ１０ａに受信された受信信号を、信号選択スイッチ２１ａを介して取得し、ＢＰＦ２２ａを通してローノイズアンプ２３ａで増幅し、ミキサ２４ａで周波数変換し、ＢＰＦ２５ａを通して可変利得アンプ２６ａで増幅した後、Ａ／Ｄコンバータ２８ａでデジタル信号に変換して指向性処理部４０、及び利得制御信号生成部６０へ供給する。
可変利得アンプ２６ａは、利得制御信号生成部６０及び利得統一部７０を介してフィードバックされる信号に基いて自動利得制御される。
ログアンプ６８ａは、可変利得アンプ２６ａへの入力信号のレベルを対数値に変換し、Ａ／Ｄコンバータ６９ａは、当該対数変換後のレベルをデジタル信号に変換して利得制御信号生成部６０へ供給する。
第２信号処理部２０ｂも、第１信号処理部２０ａと同様の構成を有する。
指向性処理部４０は、第１信号処理部２０ａ及び第２信号処理部２０ｂから供給された信号に、信号処理部毎の振幅差及び位相差を与えて合成することによって、所望方向に選択的に利得を有する指向性パターンを形成し、所望の通信相手から送られた信号を選択的に抽出する。
復調部５０は、当該抽出された信号を復調して情報信号を生成する。復調された情報信号は、図外の情報処理部又は情報通信網へ引き渡され、若しくは、音声信号にＤ／Ａ変換されて図示しないスピーカから発音される。
（利得制御信号生成部６０及び利得統一部７０の詳細）
利得制御信号生成部６０において、最大レベル選択部６２は、Ａ／Ｄコンバータ６９ａ、６９ｂから供給された対数レベル値の過去所定時間内における最大値を適正利得指示部６３へ通知する。
適正レベル記憶部６４は、信号の線形性が保たれる限り最大のダイナミックレンジが得られる適正な対数レベル値を予め記憶している。適正利得指示部６３は、当該記憶されている適性レベル値と通知された対数レベル値の最大値とを比較し、当該最大値が当該適正レベル値よりも大きい場合、利得の減少を指示する利得制御信号を利得統一部７０へ通知し、その他の場合、利得の増大を指示する利得制御信号を利得統一部７０へ通知する。
また、最大レベル選択部６２は、前述した対数レベル値の最大値の時間変動が、所定の範囲内に収束した場合には、Ａ／Ｄコンバータ２８ａ、２８ｂから供給された線形レベル値の過去所定時間内における最大値を適正利得指示部６３へ通知する。
適正レベル記憶部６４は、さらに、線形レベル値に関しても適正な値を予め記憶していて、最大レベル選択部６２から線形レベル値の最大値が通知された場合には、当該線形レベル値に関する適正値と当該通知された線形レベル値の最大値との比較に応じた利得制御信号を利得統一部７０へ通知する。
最大レベル選択部６２は、前述した線形レベル値の最大値の時間変動が、所定の範囲外に発散した場合には、再び、対数レベル値の最大値を選択する。
オフセット記憶部７２ａ及び７２ｂは、第１信号処理部２０ａ及び第２信号処理部２０ｂ用のオフセットとして、同一の利得制御信号に付加して可変利得アンプ２６ａ及び２６ｂを制御した場合に、第１信号処理部２０ａ及び第２信号処理部２０ｂが同一の利得を示すオフセットを予め記憶している。
このために、オフセット記憶部７２ａ及び７２ｂには、例えば、受信装置の製造過程で、アンテナ１０ａ及び１０ｂに同一レベルの調整信号を入力しつつ、オフセットを所定の範囲内で変更し、第１信号処理部２０ａ及び第２信号処理部２０ｂから同一レベルの信号が得られた時点のオフセットを記憶させればよい。
また、後述するように、受信装置の運用段階でオフセットを較正することもできる。
オフセット付加部７１ａ、７１ｂは、利得制御信号生成部６０から与えられた利得制御信号を、それぞれオフセット記憶部７２ａ及び７２ｂに記憶されているオフセットを付加することにより信号処理部毎に補正し、当該補正後の利得制御信号をＤ／Ａコンバータ７４ａ及び７４ｂでアナログ電圧信号に変換し、変換されたアナログ電圧信号によって可変利得アンプ２６ａ及び２６ｂを制御する。
（オフセット較正処理の詳細）
オフセット較正処理は、経時変化及び使用環境の変化によって生じる各信号処理部の利得の偏差を打ち消すために、受信装置の運用段階において、較正信号と較正用利得制御信号とを用いて実行される。
図２は、較正制御部８０の制御下で、受信装置１の各部が実行するオフセット較正処理を示したフローチャートである。
較正信号供給部９０は、第１信号処理部２０ａ及び第２信号処理部２０ｂに同一レベルの較正信号を供給し、信号選択スイッチ２１ａ及び２１ｂは、較正制御部８０からの切換信号に応じて当該較正信号を選択する（Ｓ１０）。
オフセット決定部７３は、オフセット記憶部７２ａ及び７２ｂを同一の初期値で初期化し（Ｓ２０）、オフセット付加部７１ａ及び７１ｂへ、較正用利得制御信号を供給する（Ｓ３０）。なお、このとき利得制御信号生成部６０は利得制御信号の出力を停止する。
最大レベル選択部６２は、各信号処理部から得られる信号のレベルを比較し、その最大値を選択する。較正制御部８０は、最大レベル選択部６２が選択した最大値を与える信号処理部を除く信号処理部それぞれを対象信号処理部として、以下の処理を繰り返す（Ｓ４０〜Ｓ９０）。
最大レベル選択部６２が、対象信号処理部から得られる信号のレベルが前記最大値に達したと判断するまで、オフセット決定部７３は、対象信号処理部に対応するオフセット記憶部のオフセットを微少量増加させることにより、対象信号処理部の可変利得アンプに利得の増加を指示する（Ｓ５０〜Ｓ７０）。
対象信号処理部に対応するオフセット記憶部は当該増加後のオフセットを保持する（Ｓ８０）。
このオフセット較正処理によって、同一の較正信号と同一の較正用利得制御信号とに対して各信号処理部から同一レベルの信号が得られる、即ち、各信号処理部の利得の偏差を打ち消すオフセット値が得られる。
（第２の実施形態）
第２の実施形態における受信装置は、異なる複数の受信信号周波数、及び異なる複数の利得制御信号レベルに対応付けて信号処理部毎に予め記憶されているオフセットを用いる点で、第１の実施形態の受信装置と異なる。以下、主として、第１の実施の形態の受信装置と異なる点について説明する。
図３は、第２の実施形態の受信装置における信号処理部毎のオフセット記憶部に設けられるオフセットテーブル７２０であり、異なる複数の受信信号周波数、及び異なる複数の利得制御信号レベルに対応付けてオフセットを記憶している。
オフセットテーブル７２０は、行毎に、受信信号周波数欄７２１に受信信号の搬送波周波数を保持し、利得制御信号レベル欄７２２に利得制御信号レベルの範囲を示す下限値と上限値とを保持し、オフセット欄７２３に当該行に保持されている搬送波周波数の受信信号を処理する場合に、当該行に保持されているレベル範囲の利得制御信号に付加すべきオフセット値を信号処理部毎に保持している。
第２の実施形態における利得統一部は、受信装置全体を制御する制御部（不図示）から受信信号の搬送波周波数を通知され、また、与えられた利得制御信号のレベル範囲を弁別して、通知された搬送波周波数と弁別したレベル範囲とに該当するオフセットを信号処理部毎に利得制御信号に付加することによって、利得制御信号を補正する。
現実には、信号処理部の利得は処理対象の周波数範囲全域にわたって一様ではなく、また、与えられる利得制御信号と得られる利得との関係も信号処理部毎に異なる。第２の実施形態の構成を採用することによって、これらの誤差に起因する信号処理部毎の利得偏差をも効果的に打ち消すことができる。
図４は、第２の実施形態におけるオフセットの較正処理を示したフローチャートである。
第２の実施形態におけるオフセットの較正処理は、オフセットテーブル７２０の各行に保持されている受信信号周波数の較正信号、及び当該行の利得制御信号レベル範囲に該当するレベルの較正用利得制御信号を用いて、当該行のオフセットを較正する処理を、各行のオフセットについて繰り返す（Ｓ１１０）。１行あたりの較正処理（Ｓ１３０）は図２のフローチャートに示した処理と同様である。
（第３の実施形態）
第３の実施形態における受信装置は、ＡＧＣをかけるための可変利得アンプとは別に、各信号処理部の利得を統一するための他の可変利得アンプが、信号処理部毎に直列に挿入される点で、第１の実施形態の受信装置と異なる。
図４は、第３の実施形態における受信装置２の全体構成を示す機能ブロック図である。第１の実施形態における受信装置１と同一の構成要素には同一の符号を付して、説明を省略する。
受信装置２において、利得制御信号生成部６０が生成した利得制御信号は、信号処理部毎の利得統一のためにオフセット付加されることなく、Ｄ／Ａコンバータ６５でアナログ電圧信号に変換され、ＡＧＣ用の可変利得アンプ２６ａ及び２６ｂを共通に制御する。
信号処理部毎の利得統一は、第１信号処理部及び第２信号処理部にそれぞれ直列に挿入された可変利得アンプ２７ａ及び２７ｂによって行われる。
利得統一部７９からは、オフセット付加部が省かれる。信号処理部毎のオフセット記憶部７２ａ及び７２ｂは、信号処理部毎の利得偏差を打ち消すオフセットが予め記憶され、可変利得アンプ２７ａ及び２７ｂの利得は当該記憶されているオフセットに従って制御される。
第１の実施形態と同様に、例えば、受信装置の製造過程で、アンテナ１０ａ及び１０ｂに同一レベルの調整信号を入力しつつ、オフセットを所定の範囲内で変更し、第１信号処理部２０ａ及び第２信号処理部２０ｂから同一レベルの信号が得られた時点のオフセットをオフセット記憶部７２ａ及び７２ｂに記憶させてもよく、また、受信装置の運用段階で、較正信号と較正用利得制御信号とを用いてオフセットを較正してもよい。
また、運用段階での較正を行わない場合には、較正のための構成を省略し、かつ、可変利得アンプ２７ａ及び２７ｂを半固定ボリュームで代替してもよい。その場合、各半固定ボリュームは、例えば、受信装置の製造過程で、アンテナ１０ａ及び１０ｂに同一レベルの調整信号を入力しつつ、第１信号処理部２０ａ及び第２信号処理部２０ｂから同一レベルの信号が得られた位置に固定される。
（その他の変形例）
なお、本発明を上記の実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上記の実施の形態に限定されないのはもちろんである。以下のような場合も本発明に含まれる。
（１）本発明は、複数のアンテナと信号処理部とから構成されていればよく、その数を限定するものではない。例えば、４つのアンテナと４つの信号処理部とから構成される受信装置も本発明に含まれる。
（２）実施の形態の信号処理部として、無線周波数帯の信号に１段の周波数変換用ミキサを含む構成を例示したが、周波数変換の段数は本発明の主題に関係しない。各信号処理部が２段以上の周波数変換用ミキサを含む構成も本発明に含まれる。
（３）本発明の利得統一手段は、送信用に設けられる複数の信号処理部に適用した場合にも、同一の作用によって各信号処理部の利得を統一する効果を発揮する。即ち、送信用に設けられた複数の信号処理部に共通にＡＧＣを掛けるための利得制御信号に信号処理部毎の利得偏差を打ち消すオフセットを付加するように構成した送信装置、並びに、送信用に設けられた各信号処理部に信号処理部毎の利得偏差を打ち消す利得を有する利得調整器を挿入した送信装置は、何れも本発明に含まれる。

本発明に係る受信装置は、例えば、アダプティブアレイ装置を用いて、所望方向に位置する相手機器との間で選択的に通信を行う無線通信装置に利用できる。

Claims

複数のアンテナと、当該複数のアンテナそれぞれの受信信号を処理する信号処理部とを備える受信装置であって、
一つの信号処理部から得られた信号を基準として利得制御信号を生成する利得制御信号生成手段と、
当該複数の信号処理部それぞれに含まれ、当該利得制御信号に基いて利得を制御される可変利得手段と、
当該利得制御信号を用いて各可変利得手段の利得を共通に制御した場合に各信号処理部に生じる利得偏差を打ち消す利得を、信号処理部毎に与える利得統一手段と
を備えることを特徴とする受信装置。
前記利得統一手段は、各信号処理部に含まれ、かつ、自身が含まれる信号処理部の利得偏差を打ち消す利得を与える利得調整器である
ことを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
前記利得統一手段は、
前記利得偏差に相当するオフセットを信号処理部毎に予め記憶しており、
当該記憶されているオフセットを前記利得制御信号に付加することによって、信号処理部毎に前記利得制御信号を補正し、
各可変利得手段は、信号処理部毎に、当該補正後の利得制御信号によって利得を制御される
ことを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
前記利得統一手段は、
前記利得偏差に相当するオフセットを、異なる複数の受信信号周波数、及び異なる複数の利得制御信号レベルに対応付けて信号処理部毎に予め記憶しており、
現に処理中の受信信号の周波数、及び前記利得制御信号のレベルに対応して記憶されているオフセットを前記利得制御信号に付加することによって、信号処理部毎に前記利得制御信号を補正する
ことを特徴とする請求項３に記載の受信装置。
前記受信装置は、さらに、
同一レベルの較正信号を各信号処理部に供給する較正信号供給手段と、
当該較正信号に応じて各信号処理部から得られる信号レベルを統一するオフセットを決定するオフセット決定手段と
を備え、
前記利得統一手段は、当該決定されたオフセットで記憶しているオフセットを更新する
ことを特徴とする請求項３に記載の受信装置。
前記受信装置は、さらに、
各信号処理部から得られる信号をアダプティブアレイ処理することによって所望の指向性を得る指向性処理手段を備える
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の受信装置。