(57)【要約】【課題】検波信号が飽和した場合に検波信号の位相に依らず安定した利得制御を行うことができる自動利得制御装置を提供する。【解決手段】利得制御信号により利得を制御できる可変利得増幅器と、可変利得増幅器により増幅された信号を直交検波して検波同相信号と検波直交信号を出力する直交検波手段と、検波同相信号と検波直交信号とを入力し検波レベル信号を出力する検波レベル算出手段と、検波レベル信号が所定の上限値以上の場合は検波レベル信号を上限値に飽和させてリミッタ出力を得るリミッタ手段と、リミッタ出力に基づいて利得制御信号を生成する利得制御信号生成手段とを備えることを特徴とする。前記自動利得制御装置によれば、検波同相信号と検波直交信号とから算出される検波レベル信号が所定の上限値を越える場合には検波レベル信号を上限値に飽和させる事で、検波信号の位相に依らず安定した利得制御を行うことができる。【選択図】図１
2006005730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
利得制御信号により利得を制御できる可変利得増幅器と、
前記可変利得増幅器により増幅された信号を直交検波して検波同相信号と検波直交信号とを出力する直交検波手段と、
前記検波同相信号と前記検波直交信号とを入力として検波レベル信号を出力する検波レベル算出手段と、
前記検波レベル信号が所定の上限値以上の場合は前記検波レベル信号を前記上限値に飽和させてリミッタ出力を得るリミッタ手段と、
前記リミッタ出力に基づいて前記利得制御信号を生成する利得制御信号生成手段とを備えることを特徴とする自動利得制御装置。
【請求項２】
前記検波レベル算出手段は、前記検波同相信号の２乗値と前記検波直交信号の２乗値とを加算した値を検波レベル信号として出力し、
前記上限値は、前記検波レベル信号が取り得る最大値の１／２倍以下の値であることを特徴とする請求項１記載の自動利得制御装置。
【請求項３】
前記検波レベル算出手段は、前記検波同相信号の２乗値と前記検波直交信号の２乗値とを加算した値の平方根を検波レベル信号として出力し、
前記上限値は、前記検波レベル信号が取り得る最大値の１／√２倍以下の値であることを特徴とする請求項１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、移動体通信の受信機等に使用できる自動利得制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信において、自動利得制御装置は、受信機入力のレベル変動を小さくして誤り無く復調するために用いられる。バースト的に送信された変調信号（以下、バースト信号と呼ぶ）を受信する場合、無信号状態では可変利得増幅器の利得は最大利得状態となっているため、適切な利得まで可変利得増幅器の利得を下げる必要がある。適切な利得に達するまでは正しく復調することができないので、自動利得制御装置には短時間で利得制御を行うことが求められる。
【０００３】
図１０は、一般的な自動利得制御装置の構成を示す。図１０に示す自動利得制御装置は、フィードバックループを構成することにより可変利得増幅器の利得制御を行う。また、直交検波を行うための直交検波器を備える。図１０において、１は可変利得増幅器、２は直交検波器、３は検波レベル算出部、４は利得制御信号生成部である。
【０００４】
図１０に示す自動利得制御装置の動作を説明する。
【０００５】
可変利得増幅器１は、受信信号１０を利得制御信号１５に応じた所定の利得で増幅する。直交検波器２は、可変利得増幅器１の出力信号を直交検波し、検波信号１１を出力する。検波信号１１は、検波同相信号１２（同相成分）と検波直交信号１３（直交成分）の２つのベースバンド信号から成る。検波レベル算出部３は、検波信号１１の電力値を求め、検波レベル信号１４として出力する。検波信号１１の電力Ｐは、検波同相信号１２の振幅値をＩ、検波直交信号１３の振幅値をＱとすると、（数１）のように表せる。
【０００６】
【数１】
2006005730.tif 000003
【０００７】
図２は、検波レベル算出部３の一構成例を示す。図２に示す検波レベル算出部３は、乗算器３１、３２と加算器３３とで構成され、検波同相信号１２の２乗値と検波直交信号１３の２乗値とを加算した値を検波レベル信号１４として出力する。
【０００８】
利得制御信号生成部４は、検波レベル信号１４に基づいて、可変利得増幅器１の利得を制御するための利得制御信号１５を生成する。
【０００９】
図３は、利得制御信号生成部４の一構成例を示す。利得制御信号生成部４は、減算器４１、乗算器４２、積分回路４３とで構成され、さらに、積分回路４３は、加算器４３１と遅延器４３２で構成される。利得制御信号生成部４は、検波レベル信号１４と基準レベルとの差分にループ係数を乗算したものを積分し、利得制御信号１５として出力する。ループ係数を大きくすると、利得制御信号１５の変化の速度が速くなり、ひいては、可変利得増幅器１の利得変化の速度（以下、応答速度と呼ぶ）が速くなる。応答速度が速すぎるとフィードバックループは不安定になりやすく、逆に、ループ係数が小さいと、フィードバックループは安定するが、応答速度が遅くなる。
【００１０】
図１０に示す自動利得制御装置においては、バースト信号受信直後は、急激に受信信号１０のレベルが増大し、直交検波器２の出力において飽和が生じる。飽和が生じると、検波レベル信号は実際の値よりも小さく算出されてしまうために、応答速度が遅くなるという課題がある。
【００１１】
この課題を解決するための方法として、特許文献１が開示されている。特許文献１の自動利得制御装置の構成は、図１０に示す一般的な構成と基本的に同じであり、異なるのは、利得制御信号生成部４の構成である。図４は、特許文献１の利得制御信号生成部４の概念的構成を示す。図３に示す利得制御信号生成部４と同じ構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。図４に示す利得制御信号生成部４は、検波レベル信号１４と基準レベルとの差分値を補正する差分補正部４４を備える点において図３と異なる。差分補正部４４は、減算器４１の出力信号が所定値以上の場合には、減算器４１の出力信号を大きな値に補正し、乗算器４２へ出力する。特許文献１では、減算器４１と差分補正部４４での演算を１つの変換テーブル４５として実現している。図５は、変換テーブル４５の入出力特性を示す。横軸は直交検波した検波信号から算出した検波レベル信号（受信平均レベル）を示し、縦軸は乗算器４２へ出力される値（フィードバックデータ）を示す。点線は補正を行わない場合の特性を示す。なお、特許文献１では、この変換テーブル４５で、フィードバックデータのデシベル変換も行っている。飽和が生じると実際より検波レベル信号が小さく算出されるので、変換テーブル４５は、受信平均レベルが所定値以上の場合には、実線で示すように、算出された値よりも大きな値を出力する。
【００１２】
このように、特許文献１では、直交検波した検波信号１１から算出した電力値が所定値以上である場合には、算出した電力値が実際の電力値よりも小さいとみなして、算出した電力値と基準値との差分よりも大きな値に補正する。その補正した値に基づいて利得制御信号１５を生成することにより、飽和が生じても高速な応答速度を実現する。
【特許文献１】特許第３３２９２６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
以上説明した従来の自動利得制御装置では、次のような課題がある。
【００１４】
前述したように、バースト信号受信直後は、急激に受信信号１０のレベルが増大し、直交検波器２の出力において飽和が生じる。ここで、飽和が生じた場合において、受信レベルが一定で、位相が変動する検波信号１１を受信した場合を考える。移動体通信では、同じデータで変調された信号を受信しても、伝搬路の行路長によって検波信号１１の位相は変動する。検波信号１１の位相θは（数２）で表せる。
【００１５】
【数２】
2006005730.tif 000004
【００１６】
検波同相信号１２の振幅値Ｉと検波直交信号１３の振幅値Ｑは、それぞれ−Ａm〜＋Ａmの範囲の値を取り得るものとする。検波信号１１は、図６に示すようなＩＱ平面上のベクトルとして表現できる。例えば、位相が４５度である検波信号１１が飽和した場合は図６中のベクトルＶ１として表現でき、Ｉ＝Ａm、Ｑ＝Ａmとなる。ベクトルＶ１を受信した場合の検波レベル信号１４の値は２Ａm2となる。また、位相が０度である検波信号１１が飽和した場合は図６中のベクトルＶ２として表現でき、Ｉ＝Ａm、Ｑ＝０となる。ベクトルＶ２を受信した場合の検波レベル信号１４の値はＡm2となる。
【００１７】
ベクトルＶ２を受信した場合には、ベクトルＶ１を受信した場合に比べて、受信レベルが同じであるにもかかわらず、検波レベル信号１４が１／２倍小さく算出されるため、利得制御信号生成部４で算出される検波レベル信号１４と基準レベルとの差分も小さくなり、応答速度が遅くなってしまう。
【００１８】
従って、従来の自動利得制御装置を用いると、急激に受信信号１０のレベルが増大して検波信号１１が飽和した場合、検波信号１１の位相に依って、応答速度が速い場合と遅い場合が生じるので、安定した利得制御を行うことができないという課題がある。なお、特許文献１を適用した場合でも、飽和時に算出される検波レベル信号１４の値は、検波信号１１の位相に依って異なるので、応答速度が速い場合と遅い場合が生じてしまう。しかも、特許文献１を適用した場合、算出した検波レベル信号１４が所定値以上の場合には、算出した検波レベル信号１４よりも大きな値に補正するので、応答速度が速い場合と遅い場合の差が大きくなり、ひいては、利得制御の不安定性がさらに増大する恐れがある。
【００１９】
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、急激に受信信号１０のレベルが増大して検波信号１１が飽和した場合においても、検波信号１１の位相に依らず、安定した利得制御を行うことが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】
【００２０】
前記課題を解決するために、第１の発明は、利得制御信号により利得を制御できる可変利得増幅器と、可変利得増幅器により増幅された信号を直交検波して検波同相信号と検波直交信号とを出力する直交検波手段と、検波同相信号と検波直交信号とを入力として検波レベル信号を出力する検波レベル算出手段と、検波レベル信号が所定の上限値以上の場合は検波レベル信号を上限値に飽和させてリミッタ出力を得るリミッタ手段と、リミッタ出力に基づいて利得制御信号を生成する利得制御信号生成手段とを備えることを特徴とする。
【００２１】
第２の発明は、第１の発明において、検波レベル算出手段は、検波同相信号の２乗値と検波直交信号の２乗値とを加算した値を検波レベル信号として出力し、上限値は、検波レベル信号が取り得る最大値の１／２倍以下の値であることを特徴とする。
【００２２】
第３の発明は、第１の発明において、検波レベル算出手段は、検波同相信号の２乗値と検波直交信号の２乗値とを加算した値の平方根を検波レベル信号として出力し、上限値は、検波レベル信号が取り得る最大値の１／√２倍以下の値であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
第１の発明によれば、検波信号である検波同相信号と検波直交信号とから算出される検波レベル信号が所定の上限値を越える場合には検波レベル信号を上限値に飽和させることで、検波信号が飽和した場合において、検波信号の位相に依らず安定した利得制御を行うことができる。
【００２４】
第２の発明によれば、検波同相信号の２乗値と検波直交信号の２乗値とを加算した値を検波レベル信号とする場合には、検波レベル信号を飽和させる上限値を検波レベル信号が取り得る最大値の１／２倍以下の値とすることで、検波信号が飽和した場合において、検波信号の位相に依らず安定した利得制御を行うことができる。
【００２５】
第３の発明によれば、検波同相信号の２乗値と検波直交信号の２乗値とを加算した値の平方根を検波レベル信号とする場合には、検波レベル信号を飽和させる上限値を検波レベル信号が取り得る最大値の１／√２倍以下の値とすることで、検波信号が飽和した場合において、検波信号の位相に依らず安定した利得制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、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。
【００２７】
図１は、本実施の形態における自動利得制御装置の構成を示す。図１において、１は可変利得増幅器、２は直交検波器、３は検波レベル算出部、４は利得制御信号生成部、５はリミッタ部である。本実施の形態は、検波同相信号と検波直交信号とから算出した検波レベル信号の値が所定の上限値以上の場合には検波レベル信号を上限値に飽和させ、飽和させた検波レベル信号に基づいて利得制御を行うことを特徴とする。これにより、検波信号の位相に依らず安定した利得制御を行うことができる。
【００２８】
以下、図１に示す自動利得制御装置の動作を説明する。
【００２９】
可変利得増幅器１は、受信信号１０を利得制御信号１５に応じた所定の利得で増幅する。直交検波器２は、可変利得増幅器１の出力信号を直交検波し、検波信号１１を出力する。検波信号１１は、検波同相信号１２（同相成分）と検波直交信号１３（直交成分）の２つのベースバンド信号から成る。ここで、検波同相信号１２の振幅値Ｉと検波直交信号１３の振幅値Ｑは、それぞれ−Ａm〜＋Ａmの範囲の値を取り得るものとする。
【００３０】
検波レベル算出部３は、検波信号１１の電力値を求め、検波レベル信号１４として出力する。検波信号１１の電力Ｐは、検波同相信号１２の振幅値をＩ、検波直交信号１３の振幅値をＱとすると、（数１）のように表せる。図２は、検波レベル算出部３の一構成例を示す。図２に示す検波レベル算出部３は、乗算器３１、３２と加算器３３とで構成され、検波同相信号１２の２乗値と検波直交信号１３の２乗値とを加算した値を検波レベル信号１４として出力する。
【００３１】
リミッタ部５は、検波レベル信号１４を入力とし、検波レベル信号１４の値が所定の上限値以上の場合には、検波レベル信号１４を上限値に飽和させてリミッタ出力１６を得る。図７は、リミッタ部５の入出力特性を示す。横軸はリミッタ部５への入力値、縦軸は入力値に対する出力値を表す。リミッタ部５は、上限値をＡm2とし、入力値がＡm2以下の場合は入力値をそのまま出力し、入力値がＡm2以上の場合はＡm2を出力する。例えば、図６に示すＩＱ平面上において、位相＝４５度であるベクトルＶ１で表現される検波信号の場合、検波レベル信号１４の値は２Ａm2となるので、リミッタ部５はＡm2に飽和させた信号をリミッタ出力１６とする。図８は、リミッタ部５の上限値Ａm2をＩＱ平面上で示した図である。図８に示す円６は半径Ａmであるので、この円上に位置する検波信号から算出した検波レベル信号がＡm2となる。換言すると、リミッタ部５の動作は、円６の内部の検波信号１１から算出した検波レベル信号１４はそのまま出力し、円６の外部の検波信号１１から算出した検波レベル信号１４をＡm2に飽和させることを意味する。
【００３２】
利得制御信号生成部４は、リミッタ出力１６に基づいて、可変利得増幅器１の利得を制御するための利得制御信号１５を生成する。図３は、利得制御信号生成部４の一構成例を示す。利得制御信号生成部４は、減算器４１、乗算器４２、積分回路４３とで構成され、さらに、積分回路４３は、加算器４３１と遅延器４３２で構成される。減算器４１は、リミッタ出力１６から基準レベルを減算する。乗算器４２は、減算器４１の出力信号とループ係数を乗算する。積分回路４３において、加算器４３１は、乗算器４２の出力信号と遅延器４３２の出力信号を加算したものを利得制御信号１５とする。遅延器４３２は、利得制御信号１５の値を一定期間保持する。このように、利得制御信号生成部４は、リミッタ出力１６と基準レベルとの差分にループ係数を乗算したものを積分し、利得制御信号１５として出力する。
【００３３】
直交検波器２において飽和が生じるために、検波信号１１の位相に依って、算出できる検波レベル信号１４の上限値が異なる。算出できる検波レベル信号１４の上限値が最も大きくなるのは、検波信号１１の位相が４５度、１３５度、２２５度、３１５度の場合である。この時、検波同相信号１２、検波直交信号１３とも−Ａm〜＋Ａmまでの値を取り得るので、最大２Ａm2まで検波レベル信号１４を算出することができる。逆に、算出できる検波レベル信号１４の上限値が最も小さくなるのは、検波信号１１の位相が０度、９０度、１８０度、２７０度の場合である。この時、検波同相信号１２と検波直交信号１３のうち、一方は−Ａm〜＋Ａmまでの値を取り得るが、他方は値が０となるので、最大Ａm2までしか検波レベル信号１４を算出することができない。
【００３４】
すなわち、検波信号１１の位相に依らず正しく検波レベル信号１４を算出できるのは、検波レベル信号１４が取り得る最大値（２Ａm2）の１／２倍（Ａm2）以下である。従って、本実施の形態のように、リミッタ部５における上限値を検波レベル信号１４が取り得る最大値の１／２倍とし、検波レベル信号１４が上限値以上の場合には、検波レベル信号１４を上限値に飽和させることで、検波信号１１が飽和した場合において、検波信号１１の位相に依らず安定した利得制御を行うことができる。
【００３５】
なお、本実施の形態では、リミッタ部５における上限値は検波レベル信号１４が取り得る最大値の１／２倍（Ａm2）としたが、上限値を１／２倍以下としても構わない。上限値をＡm2以下とした場合でも、検波信号１１の位相が異なっても検波レベル信号１４が異なって算出されることが無いので、検波信号１１の位相に依らず安定した利得制御を行うことが可能となる。ただし、極端に上限値を小さくし過ぎると、利得制御信号生成部４において、利得制御信号１５の変化量が小さくなり、応答速度が遅くなってしまう。従って、リミッタ部５における上限値はＡm2とするのが望ましい。
【００３６】
なお、本実施の形態では、検波レベル算出部３は（数１）の演算により算出した電力値を検波レベル信号１４としたが、（数３）の演算により算出した振幅値Ａを検波レベル信号１４としてもよい。
【００３７】
【数３】
2006005730.tif 000005
【００３８】
図９は、この演算を行う検波レベル算出部３の構成を示す。図９に示す検波レベル算出部３は乗算器３１、３２と加算器３３と平方根を求める平方根演算部３４で構成され、検波同相信号１２の２乗値と検波直交信号１３の２乗値とを加算した値の平方根を検波レベル信号１４として出力する。（振幅値）2＝（電力値）の関係から、このとき、検波レベル信号１４が取り得る最大値は（√２）×Ａmであり、検波信号１１の位相に依らず正しく検波レベル信号１４を算出できるのはＡm以下である。従って、振幅値を検波レベル信号１４とする場合には、リミッタ部５における上限値を検波レベル信号１４が取り得る最大値の１／√２倍以下とすることで、検波信号１１が飽和した場合において、検波信号１１の位相に依らず安定した利得制御を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明にかかる自動利得制御装置は、移動体通信の受信機に適用でき、特に、バースト信号を受信する場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態における自動利得制御装置のブロック図
【図２】検波レベル算出部の一構成例を示す図
【図３】利得制御信号生成部の一構成例を示す図
【図４】特許文献１の利得制御信号生成部の構成を示す図
【図５】特許文献１の利得制御信号生成部における変換テーブル４５の入出力特性を示す図
【図６】検波信号をＩＱ平面上で示した図
【図７】本発明の実施の形態におけるリミッタ部の入出力特性を示す図
【図８】本発明の実施の形態におけるリミッタ部の上限値をＩＱ平面上で示した図
【図９】検波レベル算出部の別の構成例を示す図
【図１０】従来の自動利得制御装置のブロック図
【符号の説明】
【００４１】
１    可変利得増幅器
２    直交検波器
３    検波レベル算出部
３１，３２    乗算器
３３    加算器
３４    平方根演算部
４    利得制御信号生成部
４１    減算器
４２    乗算器
４３    積分回路
４３１    加算器
４３２    遅延器
５    リミッタ部
【図１】
2006005730.tif 000006
【図２】
2006005730.tif 000007
【図３】
2006005730.tif 000008
【図４】
2006005730.tif 000009
【図５】
2006005730.tif 000010
【図６】
2006005730.tif 000011
【図７】
2006005730.tif 000012
【図８】
2006005730.tif 000013
【図９】
2006005730.tif 000014
【図１０】
2006005730.tif 000015