WO2012120917A1 - 自動利得制御装置 - Google Patents

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伊東　啓樹
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株式会社日立国際電気
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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

Definitions

  • the present invention relates to an automatic gain control device that controls the gain of a receiver in accordance with the signal level of a received signal, and in particular, can effectively use the dynamic range of an A / D converter regardless of the type of signal.
  • the present invention relates to an automatic gain control device that can obtain good reception characteristics.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a conventional automatic gain control apparatus.
  • the conventional automatic gain control device includes a variable gain amplifier 21, an A / D converter 22, an average power detection circuit 23, and a gain control circuit 24.
  • the variable gain amplifier 21 amplifies an input received signal with a gain controlled by the gain control circuit 24 and outputs the amplified signal.
  • the A / D converter 22 converts an analog signal into a digital signal.
  • the average power detection circuit 23 detects the average power of the received signal at a specific time and outputs an average power value.
  • the gain control circuit 24 compares the average power value detected by the average power detection circuit 23 with a preset threshold value, and controls the gain of the variable gain amplifier 21 based on the result.
  • the operation of the conventional automatic gain control device shown in FIG. 3 will be described.
  • the received signal is amplified by the gain control circuit 21 with a gain corresponding to the signal level.
  • the amplified signal is converted into a digital signal by the A / D converter 22, and an average power value is calculated by the average power detection circuit 23.
  • the gain control circuit 24 compares the detected average power value with a threshold value, and controls the gain of the variable gain amplifier 21 based on the comparison result.
  • gain control is performed in accordance with a modulation method having the largest PAPR (Peak to Average Power Ratio).
  • PAPR Peak to Average Power Ratio
  • the transmitter uses a limiter technology that clips the peak signal to improve power supply efficiency, and the PAPR differs even with the same modulation method.
  • a transmitter with a large PAPR is considered. And gain control.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of another conventional automatic gain control apparatus.
  • another conventional automatic gain control device includes a variable gain amplifier 31, an A / D converter 32, a peak power detection circuit 33, and a gain control circuit 34.
  • the variable gain amplifier 31 and the A / D converter 32 are the same as those shown in FIG.
  • the peak power detection circuit 33 detects the output of the A / D converter 32, detects the peak power value in a specific monitoring period (span), and outputs it to the gain control circuit 34.
  • the gain control circuit 34 controls the gain of the variable gain amplifier 31 so that the peak power value matches the full scale (the maximum input level that is not saturated) in the A / D converter 32.
  • the operation of another conventional automatic gain control apparatus shown in FIG. 4 will be described.
  • the received signal is amplified by the gain control circuit 31 with a gain corresponding to the signal level.
  • the amplified signal is converted into a digital signal by the A / D converter 32, and the peak power value in a specific period is converted by the peak power detection circuit 33. Is detected.
  • the gain control circuit 34 controls the gain of the variable gain amplifier 31 so that the detected peak power value matches the full scale of the A / D converter 32.
  • the dynamic range of the A / D converter can be effectively used, but it corresponds to the instantaneous increase of the signal level. It cannot be performed, and if there is an input of a large signal level instantaneously, it overflows.
  • Patent Document 1 As a technique related to automatic gain control, there is JP-A-2002-77101 (Hitachi Kokusai Electric Co., Ltd., Patent Document 1).
  • Patent Document 1 in an OFDM signal receiver, the average power of a received signal is calculated, the average power is compared with a reference voltage, and the gain of AGC is controlled based on the comparison result. It describes that one of a plurality of reference voltages is selected and switched based on the length of the period.
  • the PAPR of the received signal is set in advance so that the PAPR of the received signal is estimated and the A / D converter does not overflow. If it is smaller than the PAPR, the dynamic range of the A / D converter cannot be fully used, and the influence of the noise of the A / D converter becomes large. Conversely, the PAPR of the received signal is expected to be larger than the PAPR expected. If it is large, the A / D converter overflows and the reception characteristics deteriorate.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an automatic gain control device that can effectively use the dynamic range of the A / D converter, suppress the occurrence of overflow, and obtain good reception characteristics.
  • the purpose is to do.
  • the present invention for solving the problems of the above conventional example is an automatic gain control device for amplifying a received signal with a gain corresponding to the signal level, and A / D conversion for converting the amplified signal from analog to digital And an average power detector for inputting the signal from the A / D converter and detecting the average power of the received signal in a specific period, the signal from the A / D converter and the average power from the average power detector And calculating the instantaneous power versus average power value, and calculating the maximum value among the plurality of instantaneous power versus average power values input in a certain period as PAPR.
  • a threshold calculation unit that subtracts from the full scale of the A / D converter and determines the threshold, a gain control unit that compares the average power value with the determined threshold, and identifies the gain based on the comparison result; and an input Be done It is characterized by having a variable gain amplifier for amplifying the gain specified to signal signal.
  • the threshold calculation unit instead of the threshold calculation unit obtaining PAPR and subtracting the PAPR from the full scale of the A / D converter to determine the threshold, the A / D converter overflows. Even if the influence on the reception error is negligible, a specific probability determined in advance is stored, and based on the probability density of a plurality of instantaneous powers versus average power values input in a certain period, the specific probability is stored. A corresponding instantaneous power versus average power value is obtained, and the instantaneous power versus average power value corresponding to the obtained specific probability is subtracted from the full scale of the A / D converter and determined as a threshold value.
  • an automatic gain control device that amplifies a received signal with a gain according to a signal level, an A / D converter that converts the amplified signal from analog to digital, and an A / D converter
  • the average power detector that detects the average power of the received signal in a specific period, the signal from the A / D converter and the average power from the average power detector, and the instantaneous power versus average power
  • the instantaneous power vs. average power calculation circuit for calculating the value and the maximum value among a plurality of instantaneous power vs. average power values input in a certain period are obtained as PAPR, and the PAPR is calculated from the full scale of the A / D converter.
  • a threshold calculation unit that subtracts and determines a threshold value, a gain control unit that compares the average power value with the determined threshold value and specifies a gain based on the comparison result, and a gain that specifies an input received signal
  • the threshold value calculation unit may receive a reception error even if the A / D converter overflows.
  • a specific probability that is previously determined to be negligible can be stored, and the instantaneous power pair corresponding to the specific probability can be determined based on the probability density of a plurality of instantaneous powers versus average power values input during a certain period. Since the automatic gain control device determines the average power value and determines the threshold value by subtracting the instantaneous power versus average power value corresponding to the determined specific probability from the full scale of the A / D converter, the occurrence frequency is low. By ignoring the instantaneous power signal that has a small effect on the entire received signal, the dynamic range of the A / D converter can be used more effectively, and the reception quality can be improved. There is.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an automatic gain control device according to an embodiment of the present invention. It is a block diagram showing the configuration of a radio used in this system. It is a block diagram of a conventional automatic gain control device. It is a block diagram of the configuration of another conventional automatic gain control device.
  • An automatic gain control apparatus converts a received signal amplified by a variable gain amplifier into a digital signal by an A / D converter, and an average power detection circuit uses the digital signal to receive a received signal.
  • the instantaneous power versus average power calculation circuit calculates the instantaneous power versus average power value
  • the threshold calculation circuit calculates the maximum value (PAPR) of the input instantaneous power versus average power. And determining the threshold value by subtracting PAPR from the full scale of the A / D converter, and the gain control circuit compares the average power value with the determined threshold value to determine the gain in the variable gain amplifier.
  • control device it is possible to perform gain control according to both average power and peak power with simple processing, prevent occurrence of overflow regardless of the type of signal, and an A / D converter It is possible to effectively use a dynamic range, in which it is possible to improve the reception quality.
  • the automatic gain control device is configured such that the threshold calculation circuit has instantaneous power that has a specific probability that the influence on the reception error set in advance can be ignored from the probability density of instantaneous power versus average power. It is an automatic gain control device that obtains the value of average power and determines the value obtained by subtracting the value of instantaneous power versus average power from the full scale of the A / D converter as a threshold value, and has a probability of not affecting reception errors, The threshold value can be calculated using the value of instantaneous power versus average power, and the occurrence of overflow can be reduced regardless of the signal type, and the dynamic range of the A / D converter can be used more effectively. Can be improved.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an automatic gain control apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • an automatic gain control device (this device) according to an embodiment of the present invention includes a variable gain amplifier 11, an A / D converter 12, an average power detection circuit 13, and a peak power detection circuit. 14, a threshold calculation circuit 15, and a gain control circuit 16.
  • the variable gain amplifier 11 amplifies an input received signal with a gain controlled by the gain control circuit 14 and outputs the amplified signal.
  • the variable gain amplifier 11 corresponds to the variable gain amplifier in the claims.
  • the A / D converter 12 converts an analog signal that is an amplified received signal into a digital signal.
  • the average power detection circuit 13 detects and outputs the average power value of the received signal in a specific period from the digital signal.
  • the average power detection circuit 13 corresponds to an average power detection unit in the claims.
  • the instantaneous power vs. average power calculation circuit 14 calculates the instantaneous power vs. average power value of the received signal based on the digital signal from the A / D converter 12 and the average power value from the average power detection circuit, and outputs it at any time. To do.
  • the instantaneous power versus average power calculation circuit 14 corresponds to the instantaneous power versus average power calculation unit in the claims.
  • the threshold calculation circuit 15 is a characteristic part of the present apparatus, calculates a threshold of average power that is a reference for gain control in the gain control circuit 16, and sets it in the gain control circuit 16.
  • the threshold calculation circuit 15 will be described in detail later.
  • the threshold calculation circuit 15 corresponds to a threshold calculation unit in claims.
  • the gain control circuit 16 compares the set threshold value with the average power value input from the average power detection circuit 13, and determines and controls the gain of the variable gain amplifier 11 based on the comparison result.
  • the gain control circuit 16 corresponds to a gain control unit in claims.
  • the digital circuit portion having the above configuration is configured by a DSP (Digital Signal Processor) or the like.
  • the threshold value calculation circuit 15 which is a characteristic part of this apparatus will be described.
  • the threshold calculation circuit 15 calculates a threshold from the instantaneous power versus average power value input from the instantaneous power versus average power calculation circuit 14 and the full scale of the A / D converter 12, and sets the threshold of the gain control circuit 16. It is to be updated.
  • the threshold value calculation circuit 15 stores, for example, the instantaneous power versus average power value input from the instantaneous power versus average power calculation circuit 14 for a fixed time. Thereby, the threshold value calculation circuit 15 obtains a plurality (m) of instantaneous power versus average power value (s1, s2, s3,..., Sm) within a predetermined time. The threshold value calculation circuit 15 calculates a threshold value using the plurality of instantaneous power versus average power value.
  • a threshold calculation method in the threshold calculation circuit 15 will be described.
  • the threshold value calculation circuit 15 obtains the maximum instantaneous power versus average power value (PAPR) from m instantaneous power versus average power values (s1, s2, s3,..., Sm), and obtains this y ( dB). Further, the full scale of the A / D converter 12 is assumed to be x (dBm). Then, the threshold calculation circuit 15 calculates xy, determines xy (dBm) as a threshold, and outputs it to the gain control circuit 16. In this way, the first threshold value calculation method is performed.
  • PAPR maximum instantaneous power versus average power value
  • the gain control threshold value is set so as not to overflow even when a peak power corresponding to the PAPR is input by a simple process using the maximum instantaneous power versus average power value (PAPR) as it is. Therefore, the overflow of the A / D converter 12 can be prevented, the dynamic range can be effectively used, the influence of noise can be suppressed, and a good signal-to-noise ratio can be obtained.
  • PAPR maximum instantaneous power versus average power value
  • the threshold value calculation circuit 15 rearranges m instantaneous powers versus average power values (s1, s2, s3,..., Sm) input within a predetermined time in order of magnitude. Then, based on the rearranged instantaneous power versus average power value, the instantaneous power pair corresponding to the specific probability ⁇ % determined in advance that the influence on the reception error can be ignored even if the A / D converter 12 overflows. Obtain the average power value. The value of the specific probability is stored in the threshold value calculation circuit 15 in advance.
  • the instantaneous power versus average power value corresponding to the probability ⁇ % is m ⁇ ⁇ / 100th largest data, and this is y (dB).
  • This process is to obtain an instantaneous power versus average power value that has a specific probability that can be ignored in a probability density function of instantaneous power versus average power value.
  • the threshold calculation circuit 15 subtracts the instantaneous power versus the average power corresponding to the occurrence probability of ⁇ % from the full scale (xdBm) of the A / D converter 12, and determines xy (dBm) as the threshold, Output to the gain control circuit 16.
  • the probability density function of instantaneous power vs. average power is CCDF (Complementary Cumulative Distribution Function (Complementary Cumulative Distribution Function) curve.
  • the horizontal axis represents instantaneous power versus average power (dB), and the vertical axis represents the probability (%) that the instantaneous power versus average power is equal to or greater than the instantaneous power versus average power. It is a graph to do.
  • This probability density function may be obtained and the instantaneous power versus average power value that is ⁇ % may be calculated using the function, but as described above, the instantaneous power corresponding to a specific probability ( ⁇ %) in the probability density function
  • the value of the average power can be obtained by a simple process.
  • the specific probability value is a probability that it can be considered that the reception error is hardly affected even if reception is not possible due to overflow of the A / D converter 12, and this probability value is ⁇ %.
  • the value of ⁇ varies depending on the system and is obtained in advance by simulation or the like and stored in the threshold value calculation circuit 15. In other words, the ⁇ % signal with the highest instantaneous power vs. average power value is extremely infrequent, so even if it cannot be received due to overflow, the influence on the entire received signal can be ignored, and it was excluded
  • the threshold is calculated using the maximum instantaneous power versus average power value.
  • the threshold value is the value obtained by subtracting the instantaneous power vs. average power value from the full scale of the A / D converter, by ignoring the instantaneous power that is so low in frequency that it does not affect reception errors even if an overflow occurs.
  • the dynamic range of the A / D converter can be used more effectively, the influence of noise can be suppressed, and a good signal-to-noise ratio can be obtained.
  • FIG. 2 is a flowchart showing processing of the second method in the threshold value calculation unit.
  • the threshold calculation circuit 15 sets the full scale (dBm) of the A / D converter 12 to x (100), the average power value for a specific period from the average power detection circuit 13, and the peak power The peak power value that is input as needed during the specific period is input from the detection circuit 14 (102).
  • the threshold calculation circuit 15 rearranges the inputted m instantaneous powers versus average power values in descending order (104) and reads m ⁇ ⁇ / 100th largest instantaneous power versus average power value corresponding to the probability ⁇ %.
  • the instantaneous power versus average power value is y (dB) (106). This process corresponds to a process for obtaining an instantaneous power versus average power value of ⁇ % based on the probability density of the instantaneous power versus average power value.
  • the threshold value calculation circuit 15 calculates xy (dBm) and sets it as a threshold value in the gain control circuit 16 (108). In this way, processing in the threshold value calculation circuit 15 is performed. Instead of the process 104, the threshold value calculation circuit 15 obtains a probability density function based on the input m instantaneous powers versus the average power value, and based on the probability density function, the threshold power pair having a probability ⁇ %. An average power value may be obtained.
  • the gain control circuit 16 controls the gain of the variable gain amplifier 11 by comparing the average power value from the average power detection circuit 13 with a set threshold value. Specifically, when the average power value of the received signal is P (dBm) and the value of P ⁇ (xy) is positive, the gain control circuit 16 determines that the gain is too large and increases the gain. Control is performed so as to decrease by P ⁇ (xy) (dB). In the negative case, the gain control circuit 16 normally does not control the gain, but may control to increase the gain depending on the system.
  • the threshold for decreasing the gain may be a standard threshold set by the threshold calculation circuit 15, and the threshold for decreasing may be a smaller value.
  • the received signal amplified by the variable gain amplifier 11 is converted into a digital signal by the A / D converter 12, and the average power detection circuit 13 While detecting the average power value for a specific period using the signal, the instantaneous power vs. average power calculation circuit 14 calculates the instantaneous power vs. average power value, and the threshold value calculation circuit 15 from the instantaneous power vs. average power calculation circuit 14
  • the maximum instantaneous power versus average power value (PAPR) (y (dB)) among the instantaneous power versus average power value input in a certain period is obtained from the full scale (x (dBm)) of the A / D converter 12.
  • the subtracted value (xy (dBm)) is set as a threshold value in the gain control circuit 16, and the gain control circuit 16 compares the average power value from the average power detection circuit 13 with the set threshold value to change the variable gain.
  • To amplifier 11 It is an automatic gain control device that controls gain, and can perform gain control according to both average power and peak power with simple processing, reducing the occurrence of overflow regardless of the type of signal, The dynamic range of the A / D converter 12 can be used effectively, and the effects of noise can be reduced and reception quality can be improved.
  • the threshold calculation circuit 15 stores in advance the probability ( ⁇ %) that can be regarded as having little influence on the reception error, and is input for a certain period.
  • the m instantaneous power vs. average power values are sorted in descending order, and m ⁇ ⁇ / 100th largest instantaneous power vs. average power value (y (dB)) is read, and the full scale of the A / D converter 12 is read.
  • a value (xy (dBm)) subtracted from (x (dBm)) is set in the gain control circuit 16 as a threshold value, and the gain control circuit 16 sets the average power value from the average power detection circuit 13 and the set threshold value.
  • an automatic gain control device that controls the gain in the variable gain amplifier 11 and ignores an instantaneous power signal that is so low in frequency that it does not affect reception errors even if an overflow occurs. Can utilize the dynamic range of the exchanger 12 more effectively, to reduce the effects of noise, there is an effect that it is possible to improve the reception quality.
  • the average power detection circuit 13, the instantaneous power versus average power calculation circuit 14, the threshold value calculation circuit 15, and the gain control circuit 16 are realized by digital circuits, but may be configured by analog circuits. Absent.
  • the present invention is suitable for an automatic gain control device that can effectively use the dynamic range of the A / D converter regardless of the type of signal and obtain good reception characteristics.

Landscapes

  • Control Of Amplification And Gain Control (AREA)
  • Circuits Of Receivers In General (AREA)

Abstract

課題　Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを有効に利用できると共に、オーバーフローの発生を低減して、良好な受信特性が得られる自動利得制御装置を提供する。 解決手段　平均電力検波回路１３が、特定期間における受信信号の平均電力を検波し、瞬時電力対平均電力算出回路１４が、瞬時電力対平均電力値を算出し、閾値算出回路１５が、最大の瞬時電力対平均電力（ＰＡＰＲ）を求め、Ａ／Ｄ変換器１２のフルスケールから当該ＰＡＰＲの値を差し引いて閾値として決定し、利得制御回路１６が、平均電力の値と決定された閾値とに基づいて利得を特定し、可変利得増幅器１１が、入力される受信信号を特定された利得により増幅する自動利得制御装置である。

Description

自動利得制御装置
　本発明は、受信信号の信号レベルに応じて受信機の利得を制御する自動利得制御装置に係り、特に信号の種類に関わらず、Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを有効に使用することができ、良好な受信特性が得られる自動利得制御装置に関する。
［先行技術の説明：図３］
　従来の自動利得制御装置について図３を用いて説明する。図３は、従来の自動利得制御装置の構成ブロック図である。
　図３に示すように、従来の自動利得制御装置は、可変利得増幅器２１と、Ａ／Ｄ変換器２２と、平均電力検波回路２３と、利得制御回路２４とを備えている。
　可変利得増幅器２１は、入力される受信信号を、利得制御回路２４によって制御される利得で増幅して出力する。
　Ａ／Ｄ変換器２２は、アナログ信号をディジタル信号に変換する。
　平均電力検波回路２３は、特定時間における受信信号の平均電力を検波して平均電力値を出力する。
　利得制御回路２４は、平均電力検波回路２３で検波された平均電力値と、予め設定されたしきい値とを比較して、その結果に基づいて可変利得増幅器２１の利得を制御する。
　図３に示した従来の自動利得制御装置の動作について説明する。
　受信信号は、利得制御回路２１で信号レベルに応じた利得で増幅され、増幅された信号は、Ａ／Ｄ変換器２２でディジタル信号に変換され、平均電力検波回路２３で平均電力値が算出される。
　そして、利得制御回路２４が、検出された平均電力値としきい値とを比較して、比較結果に基づいて、可変利得増幅器２１に対して利得の制御を行う。
　このように、平均電力値に基づいて利得を制御する場合、Ａ／Ｄ変換器２２がオーバーフローしないように、予めピーク電力を見込んで利得制御を行う必要があった。
　例えば、適応変調に対応するシステムでは、最もＰＡＰＲ（Peak to Average Power Ratio）の大きい変調方式に合わせて利得制御を行うようになっている。
　尚、送信機では、ピーク信号をクリップして電源効率を向上させるリミッタ技術が用いられ、同じ変調方式でもＰＡＰＲが異なってくるが、システムの互換性を考慮すると、ＰＡＰＲの大きな送信機を考慮して利得制御しなければならない。
［別の従来の自動利得制御装置：図４］
　次に、別の従来の自動利得制御装置について図４を用いて説明する。図４は、別の従来の自動利得制御装置の構成ブロック図である。
　図４に示すように、別の従来の自動利得制御装置は、可変利得増幅器３１と、Ａ／Ｄ変換器３２と、ピーク電力検波回路３３と、利得制御回路３４とを備えている。
　可変利得増幅器３１と、Ａ／Ｄ変換器３２は、図４に示したものと同様である。
　ピーク電力検波回路３３は、Ａ／Ｄ変換器３２の出力を検波して、特定の監視期間（スパン）におけるピーク電力値を検出して、利得制御回路３４に出力する。
　利得制御回路３４は、ピーク電力値が、Ａ／Ｄ変換器３２におけるフルスケール（飽和しない最大入力レベル）と一致するよう、可変利得増幅器３１の利得を制御する。
　図４に示した別の従来の自動利得制御装置の動作について説明する。
　受信信号は、利得制御回路３１で信号レベルに応じた利得で増幅され、増幅された信号は、Ａ／Ｄ変換器３２でディジタル信号に変換され、ピーク電力検波回路３３で特定期間のピーク電力値が検出される。
　そして、利得制御回路３４が、検出されたピーク電力値がＡ／Ｄ変換器３２のフルスケールと一致するよう、可変利得増幅器３１の利得を制御する。
　このように、特定の監視期間の信号レベルのピークを検出して利得を制御する場合、Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジは有効に利用できるものの、瞬間的な信号レベルの増大に対応することはできず、瞬間的に大きい信号レベルの入力があるとオーバーフローしてしまう。
［関連技術］
　自動利得制御に関する技術としては、特開２００２－７７１０１号公報（株式会社日立国際電気、特許文献１）がある。
　特許文献１には、ＯＦＤＭ信号受信機において、受信信号の平均電力を算出し、平均電力を基準電圧と比較して、比較結果に基づいてＡＧＣの利得を制御することや、ＯＦＤＭ信号の有効シンボル期間の長さに基づいて、複数の基準電圧の内のいずれかを選択して切り替えることが記載されている。
特開２００２－７７１０１号公報
　しかしながら、平均電力に基づいて利得を制御する従来の自動利得制御装置では、予め受信信号のＰＡＰＲを見込んで、Ａ／Ｄ変換器がオーバーフローしない程度の利得を設定するため、受信信号のＰＡＰＲが見込んだＰＡＰＲよりも小さい場合には、Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを十分に利用できず、Ａ／Ｄ変換器の雑音の影響が大きくなり、逆に、受信信号のＰＡＰＲが見込んだＰＡＰＲよりも大きい場合には、Ａ／Ｄ変換器がオーバーフローして、受信特性が劣化してしまうという問題点があった。
　また、ピーク電力に基づいて利得を制御する従来の自動利得制御装置では、刻々と変化するピーク電力に追随して利得を制御するには、しきい値や制御周期を適切に設定する必要があるため、現実的にはかなり困難であり、Ａ／Ｄ変換器におけるオーバーフローが頻繁に発生してしまい、受信特性が劣化してしまうという問題点があった。
　本発明は、上記実状に鑑みて為されたもので、Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを有効に利用できると共に、オーバーフローの発生を抑えて、良好な受信特性が得られる自動利得制御装置を提供することを目的とする。
　上記従来例の問題点を解決するための本発明は、受信信号を信号レベルに応じた利得により増幅する自動利得制御装置であって、増幅された信号をアナログからディジタルに変換するＡ／Ｄ変換器と、Ａ／Ｄ変換器からの信号を入力し、特定期間における受信信号の平均電力を検波する平均電力検波部と、Ａ／Ｄ変換器からの信号と平均電力検波部からの平均電力とを入力し、瞬時電力対平均電力値を算出する瞬時電力対平均電力算出回路と、一定期間に入力された複数の瞬時電力対平均電力値の中で最大の値をＰＡＰＲとして求め、当該ＰＡＰＲをＡ／Ｄ変換器のフルスケールから差し引いて閾値として決定する閾値算出部と、平均電力の値と決定された閾値とを比較して、比較結果に基づいて利得を特定する利得制御部と、入力される受信信号を特定された利得により増幅する可変利得増幅部とを有することを特徴としている。
　また、本発明は、上記自動利得制御装置において、閾値算出部が、ＰＡＰＲを求めて当該ＰＡＰＲをＡ／Ｄ変換器のフルスケールから差し引いて閾値を決定する代わりに、Ａ／Ｄ変換器でオーバーフローしても受信誤りへの影響を無視できると予め判定された特定の確率を記憶しておき、一定期間に入力された複数の瞬時電力対平均電力値の確率密度に基づいて、特定の確率に対応する瞬時電力対平均電力値を求め、求められた特定の確率に対応する瞬時電力対平均電力値をＡ／Ｄ変換器のフルスケールから差し引いて閾値として決定することを特徴としている。
　本発明によれば、受信信号を信号レベルに応じた利得により増幅する自動利得制御装置であって、増幅された信号をアナログからディジタルに変換するＡ／Ｄ変換器と、Ａ／Ｄ変換器からの信号を入力し、特定期間における受信信号の平均電力を検波する平均電力検波部と、Ａ／Ｄ変換器からの信号と平均電力検波部からの平均電力とを入力し、瞬時電力対平均電力値を算出する瞬時電力対平均電力算出回路と、一定期間に入力された複数の瞬時電力対平均電力値の中で最大の値をＰＡＰＲとして求め、当該ＰＡＰＲをＡ／Ｄ変換器のフルスケールから差し引いて閾値として決定する閾値算出部と、平均電力の値と決定された閾値とを比較して、比較結果に基づいて利得を特定する利得制御部と、入力される受信信号を特定された利得により増幅する可変利得増幅部とを有する自動利得制御装置としているので、簡単な処理で、平均電力とピーク電力の両方に応じた利得制御を行って、信号の種別にかかわらず、オーバーフローの発生を低減させ、Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを有効に使用することができ、雑音の影響を低減して受信品質を向上させることができる効果がある。
　また、本発明によれば、閾値算出部が、ＰＡＰＲを求めて当該ＰＡＰＲをＡ／Ｄ変換器のフルスケールから差し引いて閾値を決定する代わりに、Ａ／Ｄ変換器でオーバーフローしても受信誤りへの影響を無視できると予め判定された特定の確率を記憶しておき、一定期間に入力された複数の瞬時電力対平均電力値の確率密度に基づいて、特定の確率に対応する瞬時電力対平均電力値を求め、求められた特定の確率に対応する瞬時電力対平均電力値をＡ／Ｄ変換器のフルスケールから差し引いて閾値として決定する上記自動利得制御装置としているので、発生頻度が低く受信信号全体への影響が小さい瞬時電力信号は無視することでＡ／Ｄ変換器のダイナミックレンジをより有効に利用することができ、受信品質を向上させることができる効果がある。
本発明の実施の形態に係る自動利得制御装置の構成ブロック図である。 本システムおいて用いられる無線機の構成を示す構成ブロック図である。 従来の自動利得制御装置の構成ブロック図である。 別の従来の自動利得制御装置の構成ブロック図である。
［実施の形態の概要］
　本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
　本発明の実施の形態に係る自動利得制御装置は、可変利得増幅器で増幅された受信信号をＡ／Ｄ変換部でディジタル信号に変換し、平均電力検波回路が、当該ディジタル信号を用いて受信信号の平均電力を検波すると共に、瞬時電力対平均電力算出回路が、瞬時電力対平均電力の値を算出し、閾値算出回路が、入力された瞬時電力対平均電力の中で最大の値（ＰＡＰＲ）を求め、Ａ／Ｄ変換器のフルスケールからＰＡＰＲを差し引いて閾値として決定し、利得制御回路が、平均電力の値と決定された閾値とを比較して可変利得増幅器における利得を特定する自動利得制御装置としており、簡単な処理で、平均電力とピーク電力の両方に応じた利得制御を行うことができ、信号の種別にかかわらず、オーバーフローの発生を防ぎ、Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを有効に使用することができ、受信品質を向上させることができるものである。
　また、本発明の実施の形態に係る自動利得制御装置は、閾値算出回路が、瞬時電力対平均電力の確率密度から、予め設定された受信誤りへの影響を無視できる特定の確率となる瞬時電力対平均電力の値を求め、当該瞬時電力対平均電力の値をＡ／Ｄ変換器のフルスケールから差し引いた値を閾値として決定する自動利得制御装置としており、受信誤りに影響を与えない確率となる瞬時電力対平均電力の値を用いて閾値を算出でき、信号の種別にかかわらず、オーバーフローの発生を低減させ、より有効にＡ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを活用することができ、受信品質を向上させることができるものである。
［実施の形態に係る自動利得制御装置：図１］
　本発明の実施の形態に係る自動利得制御装置の構成について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る自動利得制御装置の構成ブロック図である。
　図１に示すように、本発明の実施の形態に係る自動利得制御装置（本装置）は、可変利得増幅器１１と、Ａ／Ｄ変換器１２と、平均電力検波回路１３と、ピーク電力検波回路１４と、閾値算出回路１５と、利得制御回路１６とを備えている。
　各構成部分について説明する。
　可変利得増幅器１１は、入力される受信信号を、利得制御回路１４によって制御される利得で増幅して出力する。可変利得増幅器１１は、請求項における可変利得増幅部に相当する。
　Ａ／Ｄ変換器１２は、増幅された受信信号であるアナログ信号をディジタル信号に変換する。
　平均電力検波回路１３は、ディジタル信号から、特定期間における受信信号の平均電力値を検波して出力する。平均電力検波回路１３は、請求項における平均電力検波部に相当する。
　瞬時電力対平均電力算出回路１４は、Ａ／Ｄ変換器１２からのディジタル信号と、平均電力検波回路からの平均電力値に基づいて、受信信号の瞬時電力対平均電力値を算出して随時出力する。瞬時電力対平均電力算出回路１４は、請求項における瞬時電力対平均電力算出部に相当する。
　閾値算出回路１５は、本装置の特徴部分であり、利得制御回路１６における利得制御の基準となる平均電力の閾値を算出して利得制御回路１６に設定する。閾値算出回路１５については後で詳細に説明する。閾値算出回路１５は、請求項における閾値算出部に相当する。
　利得制御回路１６は、設定された閾値と、平均電力検波回路１３から入力される平均電力値とを比較して、比較結果に基づいて可変利得増幅器１１の利得を決定して制御する。利得制御回路１６は、請求項における利得制御部に相当する。
　上記構成のディジタル回路部分は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等で構成される。
［閾値算出回路１５］
　本装置の特徴部分である閾値算出回路１５について説明する。
　閾値算出回路１５は、瞬時電力対平均電力算出回路１４から入力される瞬時電力対平均電力値と、Ａ／Ｄ変換器１２のフルスケールとから閾値を算出して、利得制御回路１６の閾値を更新するものである。
　具体的には、閾値算出回路１５は、例えば、一定時間に瞬時電力対平均電力算出回路１４から入力される瞬時電力対平均電力値を記憶しておく。
　これにより、閾値算出回路１５は、一定時間内の複数（ｍ個）の瞬時電力対平均電力値（s1,s2,s3,...,sm）を得る。
　閾値算出回路１５は、これらの複数の瞬時電力対平均電力値を用いて閾値を算出するが、ここで、２つの算出方法がある。
　閾値算出回路１５における閾値算出方法について説明する。
［閾値算出方法（１）］
　まず、第１の閾値算出方法について説明する。
　閾値算出回路１５は、ｍ個の瞬時電力対平均電力値（s1,s2,s3,...,sm）の中から、最大の瞬時電力対平均電力値（ＰＡＰＲ）を求め、これをｙ（ｄＢ）とする。
　また、Ａ／Ｄ変換器１２のフルスケールをｘ（ｄＢｍ）とする。
　そして、閾値算出回路１５は、ｘ－ｙを算出して、ｘ－ｙ（ｄＢｍ）を閾値として決定し、利得制御回路１６に出力する。
　このようにして第１の閾値算出方法が行われる。
　第１の閾値算出方法では、最大の瞬時電力対平均電力値（ＰＡＰＲ）をそのまま用いた簡単な処理で、ＰＡＰＲに対応するピーク電力が入力されてもオーバーフローしないよう利得制御の閾値を設定することができ、Ａ／Ｄ変換器１２のオーバーフローを防ぎ、ダイナミックレンジを有効に利用して、雑音の影響を抑え、良好な信号対雑音比を得ることができるものである。
［閾値算出方法（２）］
　次に、第２の閾値算出方法について説明する。
　第２の方法は、確率を考慮して、無視できるほど発生頻度の低い瞬時電力を無視し、Ａ／Ｄ変換器１２のダイナミックレンジをより有効に利用するものである。
　まず、閾値算出回路１５は、一定時間内に入力されたｍ個の瞬時電力対平均電力値（s1,s2,s3,...,sm）を大きさの順に並べ替える。
　そして、並べ替えた瞬時電力対平均電力値に基づいて、Ａ／Ｄ変換器１２でオーバーフローしても受信誤りへの影響を無視できると予め判定された特定の確率α％に相当する瞬時電力対平均電力値を求める。特定の確率の値は、予め閾値算出回路１５に記憶されている。
　例えば、瞬時電力対平均電力値を降順に並べた場合、確率α％に相当する瞬時電力対平均電力値はｍ×α／１００番目に大きいデータであり、これをｙ（ｄB）とする。
　この処理は、瞬時電力対平均電力値の確率密度関数において、無視できる程度の特定の確率となる瞬時電力対平均電力値を求めるものである。
　そして、閾値算出回路１５は、Ａ／Ｄ変換器１２のフルスケール（ｘｄＢｍ）からα％の発生確率に相当する瞬時電力対平均電力を差し引いて、ｘ－ｙ（ｄＢｍ）を閾値として決定し、利得制御回路１６に出力する。
　瞬時電力対平均電力の確率密度関数は、ＣＣＤＦ（Complementary Cumulative
Distribution Function；相補累積分布関数）曲線と呼ばれるものであり、横軸を瞬時電力対平均電力（ｄＢ）、縦軸を瞬時電力対平均電力が当該瞬時電力対平均電力以上となる確率（％）とするグラフである。この確率密度関数を求め、当該関数を用いてα％となる瞬時電力対平均電力値を算出してもよいが、前述の通り、確率密度関数における特定の確率（α％）に対応する瞬時電力対平均電力の値は、簡単な処理で求めることが可能である。
　また、特定の確率値は、仮にＡ／Ｄ変換器１２のオーバーフローにより受信できなかったとしても受信誤りにほとんど影響を与えないとみなせる確率であり、この確率値をα％とする。αの値は、システムに応じて異なり、シミュレーション等によって予め求められて閾値算出回路１５に記憶されている。
　つまり、瞬時電力対平均電力値の大きい方からα％の信号は、極めて頻度が低いため、オーバーフローによって受信できなかったとしても全体の受信信号に対する影響は無視し得るものであり、それを除いた最大の瞬時電力対平均電力値を用いて閾値を算出するものである。
　第２の閾値算出方法では、複数の瞬時電力対平均電力値の確率密度に基づいて、予め設定された受信誤りに影響を与えないとみなせる確率となる瞬時電力対平均電力値を求めて、当該瞬時電力対平均電力値をＡ／Ｄ変換器のフルスケールから差し引いた値を閾値としているので、オーバーフローが発生しても受信誤りに影響がないほど発生頻度が小さい瞬時電力は無視することにより、Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジをより有効に利用することができ、雑音の影響を抑え、良好な信号対雑音比を得ることができるものである。
［閾値算出回路１５における第２の方法の処理：図２］
　次に、閾値算出回路１５における第２の方法の処理について図２を用いて説明する。図２は、閾値算出部における第２の方法の処理を示すフローチャートである。
　図２に示すように、閾値算出回路１５は、Ａ／Ｄ変換器１２のフルスケール（ｄＢｍ）をｘとし（１００）、平均電力検波回路１３からの特定期間についての平均電力値と、ピーク電力検波回路１４から当該特定期間に随時入力されるピーク電力値とを入力する（１０２）。
　閾値算出回路１５は、入力されたｍ個の瞬時電力対平均電力値を降順に並び替え（１０４）、確率α％に相当するｍ×α／１００番目に大きい瞬時電力対平均電力値を読み取って、当該瞬時電力対平均電力値をｙ（ｄB）とする（１０６）。この処理は、瞬時電力対平均電力値の確率密度に基づいて、α％となる瞬時電力対平均電力値を求める処理に相当する。
　そして、閾値算出回路１５は、ｘ－ｙ（ｄＢｍ）を算出して、これを閾値として利得制御回路１６に設定する（１０８）。
　このようにして、閾値算出回路１５における処理が行われるものである。　尚、処理１０４の代わりに、閾値算出回路１５は、入力されたｍ個の瞬時電力対平均電力値に基づいて確率密度関数を求め、当該確率密度関数に基づいて確率α％となる瞬時電力対平均電力値を求めてもよい。
［利得制御回路１６］
　次に、利得制御回路１６における利得制御について説明する。
　利得制御回路１６は、平均電力検波回路１３からの平均電力値と、設定された閾値とを比較して、可変利得増幅器１１の利得を制御する。
　具体的には、利得制御回路１６は、受信信号の平均電力値をＰ（ｄＢｍ）とした場合に、Ｐ－（ｘ－ｙ）の値が正であれば、利得が大きすぎるとして、利得をＰ－（ｘ－ｙ）（ｄＢ）だけ小さくするよう制御する。
　負の場合には、利得制御回路１６は通常、利得の制御は行わないが、システムによっては利得を大きくする制御を行うようにしてもよい。
　また、実際には、利得を小さくするときの閾値と、大きくするときの閾値とにヒステリシスを持たせて、動作が不安定になるのを防ぐことが望ましい。例えば、利得を大きくする場合の閾値は、閾値算出回路１５から設定された標準の閾値とし、小さくする場合の閾値はそれより小さい値にすることが考えられる。
［実施の形態の効果］
　本発明の実施の形態に係る自動利得制御装置によれば、可変利得増幅器１１で増幅された受信信号を、Ａ／Ｄ変換器１２でディジタル信号に変換し、平均電力検波回路１３が、当該ディジタル信号を用いて特定期間の平均電力値を検波すると共に、瞬時電力対平均電力算出回路１４が、瞬時電力対平均電力値を算出し、閾値算出回路１５が、瞬時電力対平均電力算出回路１４から一定期間に入力された瞬時電力対平均電力値の中で最大の瞬時電力対平均電力値（ＰＡＰＲ）（ｙ（ｄＢ））を、Ａ／Ｄ変換器１２のフルスケール（ｘ（ｄＢｍ））から差し引いた値（ｘ－ｙ（ｄＢｍ））を閾値として利得制御回路１６に設定し、利得制御回路１６が、平均電力検波回路１３からの平均電力値と設定された閾値とを比較して可変利得増幅器１１における利得を制御する自動利得制御装置としており、簡単な処理で、平均電力とピーク電力の両方に応じた利得制御を行うことができ、信号の種別にかかわらず、オーバーフローの発生を低減して、Ａ／Ｄ変換器１２のダイナミックレンジを有効に使用することができ、雑音の影響を低減し、受信品質を向上させることができる効果がある。
　また、本発明の実施の形態に係る自動利得制御装置によれば、閾値算出回路１５が、予め受信誤りにほとんど影響を与えないとみなせる確率（α％）を記憶しておき、一定期間に入力されたｍ個の瞬時電力対平均電力値を降順に並び替え、ｍ×α／１００番目に大きい瞬時電力対平均電力値（ｙ（ｄＢ））を読み取って、Ａ／Ｄ変換器１２のフルスケール（ｘ（ｄＢｍ））から差し引いた値（ｘ－ｙ（ｄＢｍ））を閾値として利得制御回路１６に設定し、利得制御回路１６が、平均電力検波回路１３からの平均電力値と設定された閾値とを比較して可変利得増幅器１１における利得を制御する自動利得制御装置としており、オーバーフローが発生しても受信誤りに影響がないほど発生頻度が小さい瞬時電力信号は無視することにより、Ａ／Ｄ変換器１２のダイナミックレンジをより有効に利用することができ、雑音の影響を低減し、受信品質を向上させることができる効果がある。
　また、本実施の形態では、平均電力検波回路１３、瞬時電力対平均電力算出回路１４、閾値算出回路１５、利得制御回路１６をディジタル回路で実現しているが、アナログ回路で構成してもかまわない。
　本発明は、信号の種類に関わらず、Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを有効に使用することができ、良好な受信特性が得られる自動利得制御装置に適している。
　１１，２１，３１...可変利得増幅器、　１２，２２，３２...Ａ／Ｄ変換器、　１３，２３...平均電力検波回路、　１４...瞬時電力対平均電力算出回路、　１５...閾値算出回路、　１６，２４，３４...利得制御回路、　３３...ピーク電力検波回路

Claims (2)

  1. 　受信信号を信号レベルに応じた利得により増幅する自動利得制御装置であって、
    　増幅された信号をアナログからディジタルに変換するＡ／Ｄ変換器と、
    　前記Ａ／Ｄ変換器からの信号を入力し、特定期間における受信信号の平均電力を検波する平均電力検波部と、
    　前記Ａ／Ｄ変換器からの信号と前記平均電力検波部からの平均電力とを入力し、瞬時電力対平均電力値を算出する瞬時電力対平均電力算出回路と、
    　一定期間に入力された複数の前記瞬時電力対平均電力値の中で最大の値をＰＡＰＲとして求め、前記ＰＡＰＲを前記Ａ／Ｄ変換器のフルスケールから差し引いて閾値として決定する閾値算出部と、
    　前記平均電力の値と前記決定された閾値とを比較して、比較結果に基づいて利得を特定する利得制御部と、
    　入力される受信信号を前記特定された利得により増幅する可変利得増幅部とを有することを特徴とする自動利得制御装置。
  2. 　閾値算出部が、ＰＡＰＲを求めて当該ＰＡＰＲをＡ／Ｄ変換器のフルスケールから差し引いて閾値を決定する代わりに、Ａ／Ｄ変換器でオーバーフローしても受信誤りへの影響を無視できると予め判定された特定の確率を記憶しておき、一定期間に入力された複数の瞬時電力対平均電力値の確率密度に基づいて、前記特定の確率に対応する瞬時電力対平均電力値を求め、前記求められた特定の確率に対応する瞬時電力対平均電力値を前記Ａ／Ｄ変換器のフルスケールから差し引いて閾値として決定することを特徴とする請求項１記載の自動利得制御装置。
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