(57)【要約】      （修正有）【課題】無線周波数用（ＲＦ）増幅器と中間周波数用（ＩＦ）増幅器の両方の利得を調整する自動利得制御装置において、ＩＦ増幅器の高速な利得制御ループの収束を実現できる自動利得制御装置を提供する。【解決手段】ＲＦ増幅器１０１の出力を用いてＩＦ増幅器１０３の初期利得を制御する利得制御部１０４を備え、その利得制御部内において信号レベルを調整する利得制御専用増幅器１０５の利得に応じてＩＦ増幅器１０３の初期利得を設定することにより、ＩＦ増幅器１０３の利得調整幅を小さくできる。【選択図】図１
2014207555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された信号を増幅する無線周波数用増幅器と、
前記無線周波数用増幅器の出力信号を中間周波数信号に周波数変換するミクサと、
前記ミクサの出力を増幅する中間周波数用増幅器と、
前記無線周波数用増幅器の出力信号から分岐された信号を増幅する利得制御用増幅器と、
前記利得制御用増幅器の出力を検出する無線周波数用検出器と、
前記利得制御用増幅器の利得に応じて前記中間周波数用増幅器の利得を調整する中間周波数用制御部と
を備えたことを特徴とする自動利得制御装置。
【請求項２】
前記中間周波数用増幅器の出力を検出する中間周波数用検出器を備え、
前記中間周波数用検出器で出力信号が所定のレベル以上で検出された場合に前記中間周波数用制御部が前記中間周波数用増幅器の利得を調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の自動利得制御装置。
【請求項３】
前記無線周波数用検出器の検出レベルに応じて、前記無線周波数用増幅器または前記利得制御用増幅器の利得を調整する無線周波数用制御部
を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自動利得制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線信号の増幅器の利得を制御する自動利得制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信システムでは、バースト信号である無線信号の先頭に情報信号を含まないプリアンブルを設け、このプリアンブルの期間に受信装置の増幅器の利得を制御する方式が一般的である。このような方式では、プリアンブルの後に続く情報信号を所定の出力レベルで増幅できるようプリアンブルの期間中に自動利得制御装置が増幅器の利得を調整する。
【０００３】
一般的な自動利得制御装置では増幅器の利得を最大に設定して待機し、受信信号の周波数変換が行われた中間周波数信号であるＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号において一定レベル以上の信号を検出することで、バースト信号の到来を検出する。ＩＦ信号においてバースト信号を検出すると、受信装置に含まれる無線周波数用増幅器であるＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）増幅器と中間周波数用（ＩＦ）増幅器の両方の利得を制御して受信信号の飽和を回避する。
【０００４】
通常、ＩＦ増幅器の利得制御はＲＦ増幅器の利得制御よりも応答速度が遅い。そこで、短いプリアンブル時間内で利得制御を行うため、高速な応答が可能なＲＦ増幅器において粗い範囲の利得を調整し、応答速度が遅いＩＦ増幅器において細かい範囲の利得を調整するのが一般的である（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７３５３０１０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術では、ＲＦ増幅器の利得を調整できる範囲はＲＦの消費電流や回路規模によって限界が生じていた。その結果、ＩＦ増幅器における利得の調整幅（ダイナミックレンジ）を小さくするには限界が生じ、ＩＦ増幅器の利得を収束させるまでに長い時間を要する問題があった。
【０００７】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであって、ＩＦ増幅器において高速な利得制御ループの収束を実現できる自動利得制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明に係る自動利得制御装置は、入力された信号を増幅する無線周波数用増幅器と、前記無線周波数用増幅器の出力信号を中間周波数信号に周波数変換するミクサと、前記ミクサの出力を増幅する中間周波数用増幅器と、前記無線周波数用増幅器の出力信号から分岐された信号を増幅する利得制御用増幅器と、前記利得制御用増幅器の出力を検出する無線周波数用検出器と、前記利得制御用増幅器の利得に応じて前記中間周波数用増幅器の利得を調整する中間周波数用制御部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の自動利得制御装置によれば、ＩＦ増幅器の利得を調整する調整幅を小さくでき、ＩＦ増幅器の利得調整に要する時間を短くできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係る自動利得制御装置の構成図。
【図２】実施の形態１に係る自動利得制御装置における動作のフローチャート。
【図３】実施の形態１に係る自動利得制御装置における増幅器の利得と受信感度の関係。
【図４】実施の形態１に係る自動利得制御装置における信号レベルと増幅器利得の関係。
【図５】実施の形態１に係る自動利得制御装置におけるパラメータの設定例。
【図６】実施の形態１に係る自動利得制御装置におけるレベルダイヤグラム。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る自動利得制御装置について説明する。
【００１２】
図１は実施の形態１に係る自動利得制御装置の構成を示す図である。図２は実施の形態１に係るフローチャートである。図３は実施の形態１に係る自動利得制御装置における増幅器の利得と受信感度の関係を示している。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００１３】
自動利得制御装置は、無線周波数用増幅器であるＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）増幅器１０１と、ミクサ１０２と、中間周波数用増幅器であるＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）増幅器１０３と、利得制御部１０４とを備える。また、利得制御部１０４は利得制御用増幅器１０５と、無線周波数用検出器であるＲＦ検出器１０６と、無線周波数用（ＲＦ）用制御部１０７と、中間周波数（ＩＦ）用制御部１０８と、中間周波数用検出器であるＩＦ検出器１０９とを備える。
【００１４】
ＲＦ増幅器１０１には、図１に図示しないアンテナで受信された高周波信号が入力される。ＲＦ増幅器１０１は入力された高周波信号を設定された利得で増幅し、ミクサ１０２に出力する。
【００１５】
ミクサ１０２はＲＦ増幅器１０１から出力された高周波信号のＲＦ周波数を中間周波数信号に周波数変換し、変換された中間周波数信号をＩＦ増幅器１０３に出力する。ＩＦ増幅器１０３はミクサ１０２からの出力を設定された利得で増幅して出力する。ＩＦ検出器１０９はＩＦ増幅器１０３から出力された信号が所定レベル以上であるか否かを検出する。
【００１６】
ＲＦ用制御部１０７はＲＦ増幅器１０１と利得制御用増幅器１０５の利得を制御し、利得制御用増幅器１０５の利得情報をＩＦ用制御部１０８に通知する。
【００１７】
ＩＦ用制御部１０８はＩＦ検出器１０９またはＲＦ用制御部１０７から通知を受けた情報をもとに、ＩＦ増幅器１０３の利得を制御する。ＩＦ検出器１０９は信号の検出に関する情報をＩＦ用制御部１０８に通知する。
【００１８】
ＲＦ増幅器１０１、ＩＦ増幅器１０３、利得制御用増幅器１０５はそれぞれ増幅率を設定できる下限と上限を有しており、下限と上限の間にある範囲の中で各増幅器の増幅率は制御される。
【００１９】
次に、図１及び図２を用いて本発明の実施の形態１の動作の詳細について説明する。
【００２０】
自動利得制御装置はバースト信号として到来するデジタル無線信号をどの時刻に受信するか知らない。受信信号に含まれるバースト信号をＩＦ検出器１０９において所定レベル以上で検出できるよう、ＲＦ用制御部１０７とＩＦ用制御部１０８はそれぞれＲＦ増幅器１０１とＩＦ増幅器１０３の利得を十分高く初期設定し、ＲＦ用制御部１０７は利得制御用増幅器１０５を最小の利得に初期設定する（ステップＳ１）。例えば、バースト信号の検出に求められる受信機の感度がＰ[ｄＢｍ]、ＩＦ検出器１０９による信号有無の検出レベルの下限がＱ[ｄＢｍ]であったとする。このとき、図３に示すように受信系の利得が（Ｑ−Ｐ）[ｄＢ]以上となるように設定すればよい。ここで、受信系の利得とはＲＦ増幅器１０１の利得とミクサ１０２の利得とＩＦ増幅器１０３の利得を合わせた利得である。このような設定により、受信機の感度以上の受信電力をもつバースト信号をＩＦ検出器１０９において検出できる。
【００２１】
ＩＦ検出器１０９は受信信号に対して信号レベルが一定値Ｔ１以上であるか否かを周期的に判定することで、バースト信号の有無を判定する（ステップＳ２）。ＩＦ検出器１０９が一定値Ｔ１以上の信号レベルを検出した場合（ステップＳ２のＹＥＳ）、バースト信号有りと判定して次の動作（ステップＳ３）へ進み、自動利得制御を開始する。それ以外の場合（ステップＳ２のＮＯ）は、ステップＳ１の状態に戻る。
【００２２】
ステップＳ３ではＲＦ検出器１０６での検出レベルに応じて、ＲＦ増幅器１０１または利得制御用増幅器１０５の利得を調整する。ＲＦ検出器１０６による検出レベルが所定値Ｔ２以上であれば（ステップＳ３のＹＥＳ）、ＲＦ検出器１０６での検出レベルが所定値Ｔ２となるようにＲＦ用制御部１０７はＲＦ増幅器１０１の利得を調整する（ステップＳ４）。この制御により、ＲＦ信号が利得制御用増幅器１０５において飽和しないようすることができる。
【００２３】
一方、ＲＦ検出器１０６による検出レベルが所定値Ｔ２未満であれば（ステップＳ３のＮＯ）、ＲＦ検出器１０６で信号を検出できるようにＲＦ用制御部１０７は利得制御用増幅器１０５の利得を上げる（ステップＳ５）。この制御により、ＲＦ検出器１０６でバースト信号を検出できるようになる。
【００２４】
ステップＳ４もしくはＳ５において処理が行われた後の利得制御用増幅器１０５の利得をＡ[ｄＢ]、ＲＦ検出器１０６の検出レベルをＢ[ｄＢｍ]、ＩＦ検出器１０９における検波のターゲットレベルをＣ[ｄＢｍ]とする。このとき、図４に示すようにＲＦ増幅器１０１の出力信号レベルはＢ−Ａ[ｄＢｍ]、ＩＦ増幅器１０３に用いる利得Ｙ[ｄＢ]はＹ＝Ｃ−（Ｂ−Ａ）[ｄＢ]と推定できる。
【００２５】
そこで、ＩＦ用制御部１０８はＩＦ検出器１０９の検出信号レベルがターゲットレベルＣ[ｄＢｍ]に収束するように、ＩＦ増幅器１０３の初期利得をＹ＝Ｃ−（Ｂ−Ａ）[ｄＢ]として設定する（ステップＳ６）。具体的には、利得制御部１０４内において、ＲＦ用制御部１０７は利得制御用増幅器１０５から利得情報Ａ[ｄＢ]、ＲＦ検出器１０６から検出レベル情報Ｂ[ｄＢｍ]を取得し、ＩＦ用制御部１０８に通知する。なお、ＩＦ用制御部１０８はあらかじめ保持しているターゲットレベル情報Ｃ[ｄＢｍ]を取得し、取得した情報に基づきＩＦ増幅器１０３の初期利得をＹ[ｄＢ]として設定する。
【００２６】
最後に、ＩＦ用制御部１０８はＩＦ検出器１０９から実際の検出レベル情報を取得する。実際の検出レベルには利得調整幅のバラつきが生じるが、ＩＦ検出器１０９の検波レベルとターゲットレベルＣ[ｄＢｍ]との差分が所定の値以下となるように、繰り返しＩＦ検出器１０９での検出レベルに基づきＩＦ増幅器１０３の利得を制御することで、ＩＦ検出器１０９での検波レベルをターゲットレベルＣ[ｄＢｍ]に近づける（ステップＳ７）。この一連の動作を終了して受信状態に入る。
【００２７】
実施の形態１では、ＲＦ信号の信号レベルが高い時には、ＲＦ増幅器１０１の利得を下げることで、ＲＦ信号が利得制御用増幅器１０５において飽和しないようすることができる。また、ＲＦ信号の信号レベルが低い時には、ステップＳ５によって利得制御用増幅器１０５の利得を上げることで、ＲＦ検出器１０６においてＲＦ信号を検出できるようにする。その結果、ＲＦ検出器１０６においてＲＦ信号を安定的に検出できる。また、利得制御用増幅器１０５の利得Ａ[ｄＢ]、ＲＦ検出器１０６の検出レベルＢ[ｄＢｍ]を把握することで、図４に示すようにＩＦ増幅器１０３に必要な利得Ｙ[ｄＢ]を推定でき、ＩＦ増幅器１０３の適切な初期設定を行うことができる。その結果、ＩＦ増幅器１０３の出力信号レベルがＩＦ検出器１０９のターゲットレベルＣ[ｄＢｍ]に近い状態からＩＦ増幅器１０３の制御を行うことができ、ＩＦ増幅器１０３の制御における調整幅（ダイナミックレンジ）を小さな範囲に抑えることができる。
【００２８】
本発明の実施の形態１の効果を図５の想定パラメータおよび図６のレベルダイヤグラムを用いて説明する。発明の効果を定量的に説明するために、一例として、図５に示すパラメータを想定する。具体的には、ＲＦ増幅器１０１への信号の入力レベルの範囲を−１００[ｄＢｍ]から０[ｄＢｍ]、ＲＦ増幅器１０１の利得可変範囲を−２０〜＋４０[ｄＢ]、ＩＦ増幅器１０３の利得可変範囲を＋１０[ｄＢ]〜＋５０[ｄＢ]、利得制御用増幅器１０５の利得可変範囲を０〜＋４０[ｄＢ]、ＲＦ検出器１０６のターゲットレベルをＢ＝−２０[ｄＢｍ]、ＩＦ検出器１０９のターゲットレベルをＣ＝−１０[ｄＢｍ]とする。
【００２９】
一例として、ステップＳ１において、自動利得制御装置はＲＦ増幅器１０１の利得を＋４０[ｄＢ]、ＩＦ増幅器１０３の利得を＋５０[ｄＢ]、利得制御用増幅器１０５の利得を０[ｄＢ]とする。
【００３０】
ステップＳ２においてＩＦ検出器１０９が信号の到来を検知すると、ステップＳ３に移りＲＦ部での利得制御を開始する。
【００３１】
ＲＦ増幅器１０１への信号の入力レベルが−６０[ｄＢｍ]から０[ｄＢｍ]の範囲ａであるとき、ＲＦ検出器１０６での検出レベルは−２０[ｄＢｍ]から４０[ｄＢｍ]の範囲となり、ＲＦ検出器１０６の出力は−２０[ｄＢｍ]以上となる。すなわち、ＲＦ検出器１０６の出力はターゲットレベル以上となるためステップＳ４に移り、利得制御部１０４はＲＦ増幅器１０１の出力レベルが−２０[ｄＢｍ]となるようにＲＦ増幅器１０１の利得を調整する。この際、利得制御用増幅器１０５の利得は０[ｄＢ]のままとする。
【００３２】
さらに、ステップＳ６では、ＩＦ増幅器１０３に＋１０[ｄＢ]（＝−１０−（−２０））の初期利得を設定することで、１回のみの設定によってＩＦ増幅器１０３の出力レベルはＩＦ検出器１０９が検出可能なターゲットレベル（−１０[ｄＢｍ]）に調整される。
【００３３】
一方、ＲＦ増幅器１０１への信号の入力レベルが−１００[ｄＢｍ]から−６０[ｄＢｍ]の範囲ｂであるとき、ＲＦ検出器１０６での検出レベルは−６０[ｄＢｍ]から−２０[ｄＢｍ]の範囲となり、ＲＦ検出器１０６のターゲットレベル（−２０[ｄＢｍ]）未満となる。このとき、ステップＳ５に移り、利得制御部１０４は利得制御用増幅器１０５の利得を増加させることで、ＲＦ検出器１０６への入力レベルが−２０[ｄＢｍ]となるように調整する。この際、ＲＦ増幅器１０１の利得は最大値（＋４０[ｄＢ]）のままとする。
【００３４】
この調整を行うと、ステップＳ６において利得制御部１０４は、利得制御用増幅器１０５に設定した利得Ａ[ｄＢ]を用いて、ＲＦ増幅器１０１の出力信号レベルは−２０−Ａ[ｄＢｍ]と推定できる。また、ＩＦ検出器１０９のターゲットレベル−１０[ｄＢｍ]にあわせるためのＩＦ増幅器１０３の利得はＹ＝−１０−（−２０−Ａ）＝１０＋Ａ[ｄＢ]と推定できる。このように、ＩＦ増幅器１０３の利得設定量は一意に求まり、この設定量を初期利得として与えることができ、ＩＦ増幅器１０３の出力レベルを所望の信号レベルに一回で調整することができる。
【００３５】
ステップＳ７において行われるＩＦ出力レベルの調整幅は、現実の回路の利得の標準値からのズレ分による推定レベルの誤差のみになり、プロセスバラつきや温度バラつきを考慮しても数[ｄＢ]以内に収まる。このように、本実施の形態によれば、ＩＦ増幅器１０３の制御によるＩＦ出力レベル調整の時間や利得設定回数を減らすことができる。
【００３６】
別の表現にて説明すれば、本実施の形態ではステップＳ５の効果によって図３中の範囲ｂの入力レベルに対して、ＩＦ増幅器１０３で用いる利得調整幅を上述のバラつき範囲（数ｄＢ）内に収めることができる。これに対して、従来技術ではステップＳ５が無いため、ＩＦ部にて４０[ｄＢ]（−１００[ｄＢｍ]から−６０[ｄＢｍ]）の範囲の利得調整が必要となる。
【００３７】
一般にＩＦ増幅器１０３には、チャネル選択フィルタなどの時間応答の非常に遅い回路が含まれるため、ＩＦ出力を所定のターゲットレベルに納めるための時間が長い。しかしながら本発明の形態を用いることで、ＩＦ増幅器１０３の初期設定値を最終的な収束値に近づけることができるため、ＩＦ増幅器１０３の利得調整に要する時間を短くして、プリアンブル期間における自動利得調整に要する時間を短くすることができる。
【００３８】
なお、本発明の実施の形態では、利得制御用増幅器１０５という追加の回路ブロックが必要となるが、この回路ブロックはレベルを推定するための性能で十分であり、線形性や雑音性能への要求は低い。そのため、回路規模を小さくすることができる。また、自動利得制御の終了後は動作を停止することが可能であり、受信動作時の消費電流への影響もない。
【００３９】
本発明の実施の形態ではステップＳ１において、利得制御用増幅器１０５を最小の利得に初期設定したが、最小でなくても低い利得であれば構わない。また、ステップＳ６では、ＩＦ増幅器１０３の初期利得をＹ＝Ｃ−（Ｂ−Ａ）[ｄＢ]として設定したが、それ以外の設定方法でも構わない。例えば、ＩＦ検出器１０９のターゲットレベルＣ[ｄＢｍ]を用いずに、利得制御用増幅器１０５の利得のみに基づいて、ＩＦ増幅器１０３の初期利得を調整しても構わない。利得制御用増幅器１０５の利得のみに基づいてＩＦ増幅器１０３の初期利得を調整する場合であっても、従来技術と比較して、ＩＦ増幅器１０３の調整幅を小さくすることが可能である。また、ＲＦ用制御部１０７を第１の制御部、ＩＦ用制御部１０８を第２の制御部と呼んでも構わない。
【符号の説明】
【００４０】
１０１：ＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）増幅器、１０２：ミクサ、１０３：ＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）増幅器、１０４：利得制御部、１０５：利得制御用増幅器、１０６：ＲＦ検出器、１０７：ＲＦ用制御部、１０８：ＩＦ用制御部、１０９：ＩＦ検出器、３０１：ＲＦ検出器のターゲットレベル、３０２：ＩＦ出力のターゲットレベル
【図１】
2014207555.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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