(57)【要約】  本発明は、ＡＣ結合受信回路とＡＣ結合フィルタとを備えた受信装置に関するものである。受信回路において、第１段階（１）と第２段階（２）との間に接続されたスイッチ（３）は、データ受信の準備中に信号を急速に安定させるための高い結合コーナー周波数から、データ受信中に信号ひずみを低減するための低いコーナー周波数へと切り替えるように適応されている。受信回路は、信号の既知の特性を用いて、信号中の短期間のＤＣ成分ができる限り低いときに切り替えを行う。
2007529929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＣ結合受信回路とＡＣ結合フィルタとを備えた受信装置において用いられる、データ受信の準備中に信号を急速に安定させるための高い結合コーナー周波数から、データ受信中に信号ひずみを低減するための低いコーナー周波数へと切り替える方法であって、
上記信号の既知の特性を用いて、上記信号中の短期間のＤＣ成分ができる限り低いときに上記切り替えることを特徴とする方法。
【請求項２】
同期手段によって上記切り替えを受信信号と同期させ、上記ＡＣ結合フィルタにおける信号と上記同期手段の出力との間の相対的な遅れを相殺し、上記切り替えを上記信号の特性に起因して切り替え過渡振幅が低くなる地点と一致するように遅延させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記受信装置は、受信信号のプリアンブルはＢＰＳＫ変調Ｂａｒｋｅｒ系列を含むＩＥＥＥ  ８０２．１１ｂに基づいて機能するものであって、上記Ｂａｒｋｅｒ系列における各１iｓシンボルに同期した高い振幅ピークを示す記号化されていないスカラー信号を生成するプリアンブル検出手段を含み、
上記検出手段は、ピーク値が閾値を超えている場合、１iｓウィンドウの全域にわたって上記ピークの位置を検出し、上記ピーク位置と一定のタイミング関係がある参照タイミングを生成することによって上記同期を行うことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ピーク検索手段によって上記信号内の１iｓシンボルの終端を示す出力パルスを生成することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
上記ピーク検索手段は、
繰り返されている１μｓウィンドウに渡って機能し、
前のウィンドウにおけるピーク位置を検出し、
次のウィンドウにおける最後のピーク位置に対応する時間に上記出力パルスを生成することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
上記ピーク検索手段は、上記プリアンブル検出手段の現在および前回の出力を監視し、上記前回の出力が閾値よりも大きく、かつ、この前回の出力が上記現在の出力よりも大きいときに、ピーク位置で出力パルスを生成することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項７】
上記出力パルスに関連する１μｓまでの一定値によって参照タイミングを相殺することを特徴とする請求項４，５，または６に記載の方法。
【請求項８】
上記切り替えの決定を、制御ユニットがＡＣ結合切り替え要求信号を生成して切り替えを要求することによって行い、
上記切り替え要求信号を、最適な切り替えのタイミングのうちの一つのタイミングでのみ切り替えが許可されるように上記参照タイミングよってゲート制御することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
ＡＣ結合受信回路とＡＣ結合フィルタとを備え、データ受信の準備中に信号を迅速に安定させるための高い結合コーナー周波数から、データ受信中に信号ひずみを低減するための低いコーナー周波数へと切り替える受信装置において、
上記受信回路は、上記信号の既知の特性を用いて、上記信号中の短期間のＤＣ成分ができる限り低いときに上記切り替えることを特徴とする受信装置。
【請求項１０】
同期手段が上記切り替えを受信信号と同期させ、
上記同期手段が上記ＡＣ結合フィルタにおける信号と上記同期手段の出力との間の相対的な遅れを相殺し、
上記受信回路が上記切り替えを上記信号の特性に起因して切り替え過渡振幅が低くなる地点と一致するように遅延させることを特徴とする請求項９に記載の受信装置。
【請求項１１】
上記受信装置は、受信信号のプリアンブルがＢＰＳＫ変調Ｂａｒｋｅｒ系列を含むＩＥＥＥ  ８０２．１１ｂに基づいて機能するものであって、上記Ｂａｒｋｅｒ系列における各１iｓシンボルに同期した高い振幅ピークを示す記号化されていないスカラー信号を生成するプリアンブル検出手段を備えており、
上記検出手段は、ピーク値が閾値を超えている場合、１iｓウィンドウの全域にわたって上記ピークの位置を検出し、上記ピーク位置と一定のタイミング関係がある参照タイミングを生成することによって上記同期を行うことを特徴とする請求項１０に記載の受信装置。
【請求項１２】
上記ピーク検索手段は、上記信号内の１iｓシンボルの終端を示す出力パルスを生成することを特徴とする請求項１１に記載の受信装置。
【請求項１３】
上記ピーク検索手段は、
繰り返されている１μｓウィンドウに渡って機能し、
前のウィンドウにおけるピーク位置を検出し、
次のウィンドウにおける最後のピーク位置に対応する時間に上記出力パルスを生成することを特徴とする請求項１２に記載の受信装置。
【請求項１４】
上記ピーク検索手段は、上記プリアンブル検出手段の現在および前回の出力を監視し、
上記前回の出力が閾値よりも大きく、かつ、この前回の出力が上記現在の出力よりも大きいときに、ピーク位置で出力パルスを生成することを特徴とする請求項１２に記載の受信装置。
【請求項１５】
遅延手段が、上記出力パルスに関連する１μｓまでの一定値によって参照タイミングを相殺することを特徴とする請求項１２，１３，または１４に記載の受信装置。
【請求項１６】
制御ユニットが、上記切り替えの決定を、ＡＣ結合切り替え要求信号を生成して切り替えを要求することによって行い、
ゲート手段が、上記切り替え要求信号を、最適な切り替えのタイミングのうちの一つのタイミングでのみ切り替えが許可されるように上記参照タイミングよってゲート制御することを特徴とする請求項１５に記載の受信装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔発明の分野〕
本発明は、例えば増幅器のゲインのプログラミング中に迅速に安定させるための高い結合コーナー周波数から、データ受信中に信号ひずみを低減するための低いコーナー周波数に切り替えることが求められるＡＣ結合受信回路を備えた受信装置に関するものである。また、本発明は、ＡＣ結合受信回路を備える受信装置において、高い結合コーナー周波数から低いコーナー周波数に切り替えるための方法に関するものである。
【０００２】
〔従来技術の説明〕
受信回路においては、例えば増幅器と混合器との間などの回路間に、ＡＣ結合を用いることが好ましい。これは、受信回路において、ＤＣバイアス電圧回路によって生じてしまった無用なＤＣ信号、および、受信連鎖を伝達させられることからのミスマッチを防止するためである。
【０００３】
また、ＡＣ結合受信回路とＡＣ結合フィルタとを備える受信装置において、データ受信の準備中に信号を迅速に安定させるための高い結合コーナー周波数から、データ受信中に信号ひずみを低減するための低いコーナー周波数に切り替えることが知られている。
【０００４】
〔本発明の概略〕
〔課題〕
例えば増幅器のゲインのプログラミング中に迅速に安定させるための高い結合コーナー周波数から、データ受信中に信号ひずみを低減するための低いコーナー周波数に切り替えることが求められるＡＣ結合受信回路を備えた受信装置において、データ受信の準備中に低周波数成分を有する信号用のＡＣ結合回路を設計する際、信号の特性上の問題があることが知られている。
【０００５】
実際には、このことは、切り替えられた回路が、切り替えない回路と類似したトレードオフに苦しむことを表している。つまり、適切な整定時間を得るためには、受信準備時にコーナー周波数を適度に高くする必要がある。しかしながら、信号の低周波数成分を受信するためには、非常に低いコーナー周波数に切り替える必要がある。また、始めのコーナー周波数が高い場合には結合が短期間のＤＣ成分に影響を受けやすい。そして、終わりのコーナー周波数が低い場合には、ＡＣ結合切り替えによって引き起こされる過渡状態の整定時間が非常に長くなる。
【０００６】
〔解決策〕
上記の課題を解決するために、本発明では、信号における既知の特性を用いて、信号の短期間のＤＣ成分ができる限り低いときに切り替えを行うことを提案している。
【０００７】
これは、同期手段によって切り替えを受信信号と同期させること、ＡＣ結合フィルタでの信号と同期手段の出力との間の相対的な遅延を相殺（compensating）すること、および、信号の特性に応じて切り替え過渡振幅が小さくなるタイミングと一致させるように切り替えのタイミングを遅延させることによって行われる。
【０００８】
受信信号のプリアンブルにＢＰＳＫ変調Ｂａｒｋｅｒ系列が含まれるＩＥＥＥ  ８０２．１１ｂに基づいて機能する受信機の場合、Ｂａｒｋｅｒ系列における各１iｓシンボルに同期した高い振幅ピークを示す記号化されていないスカラー信号を生成するプリアンブル検出手段を含んでいる。本発明は、ピーク値が一定の閾値を超える場合、上記検出手段によって１iｓウィンドウ（window；窓）の全域にわたってピークの位置を検出し、ピーク位置と一定のタイミング関係がある参照タイミングを規定することによって同期ステップを行うことを提案している。
【０００９】
８０２．１１ｂ信号の場合、Ｂａｒｋｅｒ符号は、シンボル周期の全体に渡って平均化されており、ＤＣレベルは信号レベルのピークの１／１１倍以下であるという特性がある。それゆえ、シンボル境界で切り替えることにより、１ＭＨｚ  ＢＰＳＫ系列におけるどの地点で切り替えが生じるかにかかわらず、過渡振幅を低くできる。
【００１０】
〔有利な点〕
本発明は、受信機にほとんど追加の回路構成を設けることなく、切り替え過渡信号の最大値を本質的に減少させることができる。
【００１１】
〔図面の簡単な説明〕
本発明に基づく受信装置および方法、および従来技術について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、ＡＣ結合を有する既知の受信回路の概略概要図である。
図２は、スイッチで切り替え可能なＡＣ帯域幅を有する既知のＡＣ結合回路の簡略概要図である。
図３は、ＩＥＥＥ  ８０２．１１ｂ  ＷＬＡＮ伝送で用いられる、Ｂａｒｋｅｒ系列拡散ＢＰＳＫの概要図である。
図４は、異なるＡＣＢＷ切り替え点を有する過渡値を示すグラフである。
図５は、ＡＣ結合切り替え同期のための本発明にかかる回路の概略概要図である。
【００１２】
〔従来技術の詳細な説明〕
図１は、各段階Ａ，Ｂ，ＣがいくつかのＤＣ出力を有する例を示している。プログラマブルゲイン段階（ＰＧＡ）Ｃ、および低ノイズ増幅器（ＬＮＡ）Ａの切り替えにより、一般的に、その段階のＤＣ出力、および前段からのＤＣ出力の増幅量は変更される。この可変のＤＣレベルを取り除かれない場合、ＡＤ変換器Ｄにおいて空き高（headroom）を増加させる必要がある。また、この可変のＤＣレベルは、デジタル回路部で取り除くことは困難である。このような問題を避けるため、図１に示すように、データパスにはコンデンサが挿入されている。このコンデンサは、次の段階の入力抵抗と共に、ＤＣ成分を完全に取り除くためのハイパスフィルタを形成している。
【００１３】
一般的に、無線伝送用の信号は、ＤＣ成分を持たないように設計されるので、ＡＣ結合連鎖を通り抜けられる。しかしながら、無線伝送用の信号は、著しく低い周波数成分を有する場合がある。このため、受信信号のひずみを防止するために、十分に低いコーナー周波数を有するＡＣ結合を設計する必要がある。例えば、プログラマブルゲイン段階Ｃの切り替えによって発生した、回路におけるいくつかの地点でのＤＣレベルの変化によって、ＡＣ結合を通り抜けさせるパルスが指数的に減衰する。このパルスの遅延時間は、ＡＣ結合のコーナー周波数に反比例する。そして、このパルスのエネルギーは、例えば、信号強度測定や他の評価に大きく干渉する。それゆえ、低周波数信号成分のひずみを避けるという課題は、例えばゲイン切り替え後の信号の整定時間を速めるという課題と、相反する関係にある。
【００１４】
このトレードオフを除去する一つの方法は、コーナー周波数を切り替え可能なＡＣ結合回路を用いることである。信号を受信する始めの段階では、ＡＣ結合は高いコーナー周波数を有する状態に置かれる。これにより、受信機のゲインは信号強度に素早く適合されるので、切り替えによる過渡状態は素早く解消される。ゲインが適切な状態になると、残りの伝送信号を最小ひずみで受信するために、ＡＣ結合コーナー周波数はより低い値に切り替えられる。
【００１５】
このような切り替え可能なＡＣ結合実現するための回路例が、図２に示されている。結合されている第１段階１の出力は、ＤＣ成分Ｖｂｉａｓ１および信号成分Ｖｓｉｇｎａｌから構成されている。第２段階２の入力は、ＤＣ電圧Ｖｂｉａｓ２を有している。図２に示すように、第１段階１から時定数ＲＣ１を有する第２段階２に結合用の高いコーナー周波数を与えるために、回路はスイッチ３を備えている。第２コンデンサＣ２は充電回路４に接続されている。充電回路４は、第２段階２の入力におけるバイアス電圧Ｖｂｉａｓ２と同じ電圧をその端子に印加する。コンデンサＣ２は、低いコーナー周波数に切り替えるために、第１段階１および第２段階２の入力部の間に接続されており、時定数Ｒ（Ｃ１＋Ｃ２）を与えている。信号内にＤＣ成分が無いので、Ｃ２を横切るＤＣ電圧はスイッチ３の位置にかかわらず同じであり、切り替え過渡信号は生成されない。
【００１６】
多くの信号は長い周期においてＤＣ成分を持たないように設計されるけれども、例えば信号が強い低周波数成分を有するような場合などに短い期間で平均化すると、著しいＤＣ成分を有する場合がある。これらの低周波数成分は、時間の短い期間中に、ＤＣ電圧をコンデンサに出現させる。そして、もしスイッチ３の位置がこれらの期間のうちのいずれか１つの期間中に変更される場合、切り替え過渡信号が発生する。
【００１７】
このような信号の例が、ＩＥＥＥ  ８０２．１１ｂ無線ローカルエリアネットワーク標準に定義されたプリアンブル信号である。プリアンブル信号は、１μｓのシンボル期間を有する擬似乱数のＢＰＳＫ信号から成り立っている。また、プリアンブル信号は、図３に描かれたように、１１ＭＨｚ  Ｂａｒｋｅｒ系列｛＋１，−１，＋１，＋１，−１，＋１，＋１，＋１，−１，−１，−１｝によって変調されている。長い期間において、基礎をなすＢＰＳＫ信号は任意であり、それゆえ、平均はゼロである。しかしながら、より短い時間の期間に渡って、ＢＰＳＫ信号と重ねられたＢａｒｋｅｒ系列との結合は、多くのＤＣ成分を有している。
【００１８】
信号のこれらの特性は、ＩＥＥＥ  ８０２．１１ｂシステム用のＡＣ結合回路を設計するときに問題であり、実際に、切り替えた回路が、切り替えられない回路と同様のトレードオフに苦しんでいる。つまり、適切な整定時間を有するためには、ＡＧＣを動作させる際に高いコーナー周波数を用いることが必要である。しかしながら、信号の低周波数成分を受信するためには、非常に低いコーナー周波数に切り替える必要がある。また、始めの高いコーナー周波数では、結合が短期間のＤＣ成分に影響を受けやすい。最後の低いコーナー周波数では、ＡＣ結合切り替えによって引き起こされる過渡状態のために、整定時間が非常に長くなる。
【００１９】
〔提案する実施形態の詳細な説明〕
もし受信されている信号の特性が既知であるならば、短期間のＤＣレベルの低い地点があることは既知であるだろう。したがって、これらの地点において切り替えることにより、生成された過渡信号の大きさを小さくできるという利点が得られる。ＩＥＥＥ  ８０２．１１ｂ  ＷＬＡＮｓにおいて用いられるＢＰＳＫ変調Ｂａｒｋｅｒ信号の場合、Ｂａｒｋｅｒ系列は、ＢＰＳＫ変調にかかわらず、全ての１μｓシンボルに渡って平均したＤＣレベルが常にピークの信号レベルの１／１１倍以下になるという特性がある。ＡＣ結合の「平均している」時間は、実際には正確に１μｓではない。しかしながら、シンボルの境界で帯域幅の切り替えを行うように調整することにより、切り替え過渡信号の大きさを劇的に減少させることができる。
【００２０】
これによって生じさせることができる違いの例が図４に示されている。図４は、典型的なシステムにおいて、切り替える瞬間と過渡信号の大きさとの関係をプロットしたものである。図４に垂直方向の破線で示したように、切り替え過渡信号の大きさがピーク値よりも非常に低くなる地点がマイクロ秒毎に繰り返される。信号内のノイズ、およびＡＣ結合が必ずしも正確に１μｓで平均されないという事実により、達成可能な減少量は変化するが、これらの時間に切り替えることにより、最悪の場合であっても過渡振幅の大きさを著しく減少させることができる。
【００２１】
このように、本発明の方法は、信号における既知の特性を利用して、上記信号の短期間のＤＣ成分ができる限り低いときに切り替えを行えることを示している。
【００２２】
これらの最適な時間に切り替えを可能にするためには、同期手段が切り替えを受信信号と同期させるステップと、ＡＣ結合フィルタにおける信号と同期手段の出力との間の相対的な遅延を相殺（compensated）するステップと、切り替え過渡振幅を低くする信号特性を有する地点に一致させるように切り替えを遅延させるステップとが要求される。
【００２３】
図５は、この過程を実行するための構成の一例として、８０２．１１ｂ  ＷＬＡＮシステムに適用する場合の例を示している。受信信号を同期する第１段階は、典型的には、受信機の必要な構成要素であるプリアンブル検出手段５によって達成される。
【００２４】
受信信号のプリアンブルは、ＢＰＳＫ変調Ｂａｒｋｅｒ系列を含んでいる。検出手段５は、Ｂａｒｋｅｒ系列において、各１iｓシンボルに同期した高い振幅ピークを示す、記号化されていないスカラー信号６を生成する。
【００２５】
本発明では、検出手段５が同期を行う。検出手段５は、ピーク値が一定の閾値を超える場合には、１iｓウィンドウの全域にわたってピークの位置を検出し、ピーク位置と一定のタイミング関係がある参照タイミングを供給することによって、同期ステップを成し遂げる。
【００２６】
本発明では、ピーク検索手段７が、信号内の１iｓシンボルの終端を示す出力パルスを生成する。
【００２７】
ピーク検索手段７は出力パルスを生成するために様々な方法で機能することができる。
【００２８】
提案する一実施形態では、ピーク検索手段７が、
繰り返されている１μｓウィンドウに渡って機能し、
前のウィンドウにおけるピーク位置を検出し、
次のウィンドウにおける最後のピーク位置に対応する時間に出力パルスを生成する。
【００２９】
提案する他の実施形態では、ピーク検索手段７が、プリアンブル検出手段５の現在および前回の出力６を監視しており、前回の出力が閾値よりも大きく、かつ、この前回の出力が現在の出力よりも大きいときに、ピーク位置で出力パルスを生成する。
【００３０】
プリアンブル検出／ピーク検索の結果は、入力される信号に任意のタイミング相殺（offset、補償）を行った信号に調節されて固定された参照タイミングである。この参照タイミングとＡＣ結合フィルタの最適な切り替えのタイミングとを相殺するために、本発明では、切り替えを遅らせるとともに、遅延手段８が、ピーク検索手段７からの出力パルスに関連する１μｓまでの一定値によって相殺される参照タイミングを生成する。
【００３１】
切り替えの決定は、制御ユニット９によって行われる。制御ユニット９は、ＡＣ結合切り替え要求信号１０を生成することによって、切り替えを要求する。本発明では、切り替え要求信号１０が最適な切り替えの瞬間のうちの一つの瞬間でのみ許可されるように、遅延手段８によって生成された相殺参照タイミングよってゲート手段１１がゲート制御する。
【００３２】
また、本発明は、データ受信の準備中に信号を迅速に安定させるための高い結合コーナー周波数から、データ受信中に信号ひずみを低減するための低いコーナー周波数に切り替える、ＡＣ結合受信回路とＡＣ結合フィルタとを備えた受信装置に関するものでもある。
【００３３】
本発明は、受信回路を、信号の短期間のＤＣ成分ができる限り低いときに切り替えを実行するために、信号の既知の特性を用いるように適応できることを示している。
【００３４】
図５に示すように、同期手段１２は、スイッチ３を受信信号と同期させる。また、同期手段１２は、ＡＣ結合フィルタにおける信号と同期手段の出力との間の相対的な遅延を相殺する。さらに、受信回路は、低い切り替え過渡振幅を生じる信号特性の地点と一致するように、切り替えを遅延させる。
【００３５】
ＩＥＥＥ  ８０２．１１ｂでは、受信信号のプリアンブルは、ＢＰＳＫ変調Ｂａｒｋｅｒ系列を含んでいる。そして、ＩＥＥＥ  ８０２．１１ｂに基づいて機能するように適応された受信機は、プリアンブル検出手段５を含んでいる。さらに、検出手段５は、Ｂａｒｋｅｒ系列において各１iｓシンボルに同期した高い振幅ピークを示す記号化されていないスカラー信号を生成するように適応されている。
【００３６】
ピーク値が一定の閾値を超える場合、検出手段５は、１iｓウィンドウの全体にわたってピークの位置を検出し、ピーク位置と一定のタイミング関係がある参照タイミングを供給することによって同期を行う。
【００３７】
本発明では、ピーク検索手段７が、信号内の１iｓシンボルの終端を示す出力パルスを生成する。
【００３８】
これは、様々な方法で行われる。本発明の一実施形態では、ピーク検索手段７は、
繰り返される１μｓウィンドウに渡って機能し、
前のウィンドウにおけるピーク位置を検出し、
次のウィンドウにおける最後のピーク位置に対応する時間に出力パルスを生成する。
【００３９】
本発明の他の実施形態では、ピーク検索手段７が、プリアンブル検出手段５の現在および前回の出力６を監視しており、前回の出力が閾値よりも大きく、かつ、この前回の出力が現在の出力よりも大きいときに、ピーク位置で出力パルスを生成する。
【００４０】
プリアンブル検出／ピーク検索の結果は、入力される信号に任意のタイミング相殺を行った信号に調節されて固定された参照タイミングである。
【００４１】
本発明では、遅延手段８が、参照タイミングとＡＣ結合フィルタの最適な切り替えタイミングとのタイミング相殺を行うために、切り替えを遅らせるとともに、出力パルスに関連する１μｓまでの一定値によって参照タイミングを相殺する。
【００４２】
制御ユニット９は、切り替えの決定を行う。また、制御ユニット９は、ＡＣ結合切り替え要求信号１０を生成することによって切り替えを要求する。そして、ゲート手段１１が、切り替えさせる要求が最適な切り替えの瞬間のうちの一つの瞬間でのみ許可されるように、切り替え要求信号１０と相殺参照タイミングとを結合する。
【００４３】
本発明は、前述した（図示して例示した）実施形態に制限されるものではなく、特許請求の範囲に示されている本発明の概念の範囲内で変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】ＡＣ結合を有する既知の受信回路の概略概要図である。
【図２】スイッチで切り替え可能なＡＣ帯域幅を有する既知のＡＣ結合回路の簡略概要図である。
【図３】ＩＥＥＥ  ８０２．１１ｂ  ＷＬＡＮ伝送で用いられている、Ｂａｒｋｅｒ系列拡散ＢＰＳＫの概要図である。
【図４】異なるＡＣＢＷ切り替え点を有する過渡値を示すグラフである。
【図５】図５は、ＡＣ結合スイッチ同期のための本発明にかかる回路の概略概要図である。
【図１】
2007529929.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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【国際調査報告】
2007529929.tif 000008
2007529929.tif 000009