(57)【要約】ＯＦＤＭ通信システムにおける受信機は電力検出器と利得制御器を含む。電力検出器は、例えば、ＡＤＣからのデータサンプルの電力を計算し、電力を平均化することにより受信されたＯＦＤＭ信号の合計受信電力を検出する。利得制御器は、検出された合計受信電力に基づいて、一方向に、例えば、最も低い利得状態から最も高い利得状態に、離散的な利得ステップで受信機の利得を調節する。利得制御器は、受信機を最も低い利得状態にイニシャライズする。その後、利得制御器は、例えば、検出された合計受信電力を所定のしきい値と比較することにより、低い合計受信電力を検出する。低い合計受信電力が検出されるなら利得制御器はより高い利得状態に遷移し、そうでなければ現在の利得状態を維持する。
2007536814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信システムにおける装置において、
変調された信号の合計受信電力を検出するように機能的に作用する検出器と、
前記検出された合計受信電力に基づいて、最も低い利得から最も高い利得に一方向に受信機の利得を調節するように機能的に作用する制御器と、
を備えた装置。
【請求項２】
前記検出器は、前記変調された信号のためのデータサンプルの電力を計算し、前記データサンプルの電力を平均化して検出された合計受信電力を得るように機能的に作用する、請求項１の装置。
【請求項３】
前記制御器は、前記検出された合計受信電力に基づいて最も低い利得ステップを有する最も低い利得状態から最も高い利得ステップを有する最も高い利得状態への一方向において、離散利得ステップにおいて前記受信機の利得を調節するように機能的に作用する、請求項１の装置。
【請求項４】
前記制御器は、低い合計受信電力を検出し、低い合計受信電力が検出されるならより高い利得状態に遷移し、低い合計受信電力が検出されないなら現在の利得状態を維持するように機能的に作用する、請求項３の装置。
【請求項５】
前記制御器は、前記検出された合計受信電力を所定のしきい値と比較し、前記検出された合計受信電力が前記所定のしきい値を下回るなら、低い合計受信電力を宣言するように機能的に作用する請求項４の装置。
【請求項６】
前記制御器は、前記受信機を前記最も低い利得状態にイニシャライズするように機能的に作用する、請求項３の装置。
【請求項７】
前記制御器はリセット状態を検出すると前記最も低い利得状態に前記受信機をリセットするように機能的に作用する、請求項３の装置。
【請求項８】
前記変調された信号は、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）を用いて発生される、請求項１の装置。
【請求項９】
通信システムにおいて利得を制御する方法において、
変調された信号の合計受信電力を検出することと、
前記検出された合計受信電力に基づいて、最も低い利得から最も高い利得への一方向に受信機の利得を調節することと、
を備えた方法。
【請求項１０】
前記受信機の利得を調節することは、前記検出された合計受信電力に基づいて、最も低い利得ステップを有する最も低い利得状態から、最も高い利得ステップを有する最も高い利得状態への一方向に、離散利得ステップにおいて前記受信機の利得を調節するように機能的に作用する、請求項９の方法。
【請求項１１】
離散利得ステップで前記受信機の利得を調節することは、低い合計受信電力を検出し、低い合計受信電力が検出されるならより高い利得状態に遷移し、低い合計受信電力が検出されないなら、現在の利得状態を維持するように機能的に作用する、請求項１０の方法。
【請求項１２】
前記低い合計受信電力を検出することは、前記検出された合計受信電力を所定のしきい値と比較し、前記検出された合計受信電力が前記所定のしきい値を下回るなら低い合計受信電力を宣言する、請求項１１の方法。
【請求項１３】
通信システムにおける装置において、
変調された信号の合計受信電力を検出する手段と、
前記検出された合計受信電力に基づいて、最も低い利得から最も高い利得への一方向に受信機の利得を調節する手段と、
を備えた装置。
【請求項１４】
前記受信機の利得を調節する手段は、前記検出された合計受信電力に基づいて、最も低い利得ステップを有した最も低い利得状態から最も高い利得ステップを有する最も高い利得状態への一方向に、離散利得ステップで、前記受信機の利得を調節する手段を備えた、請求項１３の装置。
【請求項１５】
前記離散利得ステップで前記受信機の利得を調節する手段は、低い合計受信電力を検出する手段と、低い合計受信電力が検出されるならより高い利得状態に遷移する手段と、低い合計受信電力が検出されないなら現在の利得状態を維持する手段と、を備えた、請求項１４の装置。
【請求項１６】
前記低い合計受信電力を検出する手段は、前記検出された合計受信電力を所定のしきい値と比較する手段と、前記検出された合計受信電力が前記所定のしきい値を下回るなら低い合計受信電力を宣言する手段と、を備えた、請求項１５の装置。
【請求項１７】
通信システムにおける装置において、
直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）を用いて発生され、高いピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を有する変調された信号の合計受信電力を検出するように機能的に作用する検出器と、
前記検出された合計受信電力に基づいて離散利得ステップで受信機の利得を調節するように機能的作用するコントローラーと、
を備えた装置。
【請求項１８】
低い合計受信電力を検出し、低い合計受信電力が検出されるならより高い利得ステップを選択し、低い合計受信電力が検出されないなら現在の利得ステップを維持するように機能的に作用する、請求項１７の装置。
【請求項１９】
前記制御器は、高い合計受信電力を検出するように機能的に作用し、高い合計受信電力が検出されるなら低い利得ステップを選択し、高い合計受信電力が選択されないなら現在の利得ステップを維持するように機能的に作用する、請求項１７の装置。
【請求項２０】
前記制御器は、高い合計受信電力および低い合計受信電力を検出し、低い合計受信電力が検出されるならより高い利得ステップを選択し、高い合計受信電力が検出されるならより低い利得ステップを選択するように機能的に作用する、請求項１７の装置。
【請求項２１】
通信システムにおいて利得を制御する方法において、
直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）を用いて発生され、高いピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を有する変調された信号の合計受信電力を検出することと、
前記検出された合計受信電力に基づいて離散利得ステップで受信機の利得を調節することと、
を備えた方法。
【請求項２２】
前記 離散利得ステップで前記受信機の利得を調節することは、低い合計受信電力を検出することと、低い合計受信電力が検出されるならより高い利得ステップを選択することと、低い合計受信電力が検出されないなら現在の利得ステップを維持することとを備えた、請求項２１の方法。
【請求項２３】
前記 離散利得ステップで前記受信機の利得を調節することは、高い合計受信電力を検出することと、高い合計受信電力が検出されるならより低い利得ステップを選択することと、高い合計受信電力が検出されないなら現在の利得ステップを維持することと、を備えた請求項２１の方法。
【請求項２４】
前記 離散利得ステップで前記受信機の利得を調節することは、高い合計受信電力を検出することと、低い合計受信電力を検出することと、低い合計受信電力が検出されるならより高い利得ステップを選択することと、高い合計受信電力が検出されるならより低い利得ステップを選択することとを備えた、請求項２１の方法。
【請求項２５】
通信システムにおける装置において、
直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）を用いて発生され、高いピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を有する変調された信号の合計受信電力を検出する手段と、
前記検出された合計受信電力に基づいて離散利得ステップで受信機の利得を調節する手段と、
を備えた装置。
【請求項２６】
前記 離散利得ステップで前記受信機の利得を調節する手段は、低い合計受信電力を検出する手段と、低い合計受信電力が検出されるならより高い利得ステップを選択する手段と、低い合計受信電力が検出されないなら現在の利得ステップを維持する手段とを備えた、請求項２５の装置。
【請求項２７】
前記離散利得ステップで前記受信機の利得を調節する手段は、高い受信電力を検出する手段と、高い合計受信電力が検出されるならより低い利得ステップを選択する手段と、高い合計受信電力が検出されないなら現在の利得ステップを維持する手段とを備えた、請求項２５の装置。
【請求項２８】
前記離散利得ステップで前記受信機の利得を調節する手段は、高い合計受信電力を検出する手段と、低い合計受信電力を検出する手段と、低い合計受信電力が検出されるならより高い利得ステップを選択する手段と、高い合計受信電力が検出されるならより低い利得ステップを選択する手段とを備えた、請求項２５の装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
この出願は、２００４年５月３日に出願され、明示的にここに組み込まれる「大きなピーク対平均電力比を有したＯＦＤＭシステムにおける利得ステッピングのための方法および装置」(A Method and Apparatus for Gain Stepping in an OFDM System with Large Peak-to Average Power Ratio)というタイトルの米国仮出願シリアル番号第６０／５６８，１１１号の利益を主張する。
【技術分野】
【０００２】
この開示は一般に通信に関し、特に通信システムにおいて受信機の利得を制御するための技術に関する。
【背景技術】
【０００３】
マルチキャリア通信システムはデータ送信のために複数のキャリアを使用する。これらの複数のキャリアは、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）、ディスクリートマルチトーン（ＤＭＴ）またはその他のマルチキャリア変調技術により提供されてもよい。ＯＦＤＭは、全体のシステム帯域幅を複数（Ｋ）の直交周波数サブバンドに分割する。これらのサブバンドは、トーン、サブキャリア、ビン等とも呼ばれる。各サブバンドは、データを用いて変調してもよいそれぞれのキャリアと関連する。Ｋのサブバンドのためのキャリアは、独立してデータで変調してもよく、Ｋの変調されたサブキャリアは一緒に加算されＯＦＤＭ信号を発生する。
【０００４】
ＯＦＤＭは、陸上通信システムにおいて普及しているマルチパス効果に対抗する能力を含む、ある望ましい特性を有する。しかしながら、ＯＦＤＭの主要な欠点は、ＯＦＤＭ信号のための高いピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）、すなわち、ＯＦＤＭ信号のためのピーク電力対平均電力の比が高くなり得ることである。高いＰＡＰＲは、キャリアが独立してデータで変調されるとき全てのキャリアの同相（またはコヒーレントな）加算に起因する。実際、ピーク電力はＯＦＤＭのための平均電力よりＫ倍大きくなり得ることを示すことができる。
【０００５】
ＯＦＤＭ信号のための高いＰＡＰＲは、受信したＯＦＤＭ信号の電力における広い変動を取り扱うためにＣＤＭＡのような他の変調された信号よりも大きなダイナミックレンジを受信機が持つことを通常要求する。より大きなダイナミックレンジは受信機の設計を複雑にする可能性がある。また高いＰＡＰＲは、受信したＯＦＤＭ信号の電力を正確に推定することを難しくさせる。良好な性能を達成するために適切な利得状態で受信機を動作させるために、合理的に正確な受信電力推定が必要かもしれない。
【０００６】
それゆえ、マルチキャリア通信システムにおいて受信機の利得を制御する技術的必要性がある。
【発明の概要】
【０００７】
マルチキャリア通信システムにおいて、受信機の利得を制御するための技術がここに記載される。受信機の設計を簡単にするために、受信機の利得は、離散利得ステップで調節してもよい。受信機のために複数の利得状態が定義される。各利得状態は、受信したＯＦＤＭ信号のための特定の離散利得ステップと特定のレンジの信号レベルに関連する。
【０００８】
一実施形態において、受信機は検出器と制御器を含む。検出器は、例えば、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）からのデータサンプルの電力を計算し、その電力を平均化することにより受信したＯＦＤＭ信号の合計受信電力を検出する。この合計受信電力は雑音電力と信号電力を含む。この場合信号電力は、受信したＯＦＤＭ信号が雑音レベルの近くまたは下回るなら雑音電力によりマスクされてもよい。合計受信電力は雑音と信号の瞬時電力の代わりに雑音と信号の平均電力である。一実施形態において、制御器は、検出された合計受信電力に基づいて最も低い利得状態から最も高い利得状態へ、一方向に受信機の利得を調節する。制御器は、受信機を最も低い利得状態にイニシャライズする。その後、制御器は、例えば、検出された合計受信電力を所定のしきい値と比較し、検出された合計受信電力がしきい値を下回るなら低い合計受信電力を宣言することにより低い合計受信電力を検出する。制御器は、低い合計受信電力が検出されるならより高い利得状態に遷移し、そうでなければ現在の利得状態を維持する。他の実施形態において、制御器は、（１）最も高い利得状態から最も低い利得状態への一方向にまたは（２）現在の利得状態からいずれかの方向に受信機の利得を調節してもよい。
【０００９】
この発明の種々の観点および実施の形態は以下にさらに詳細に記載される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の特徴、性質及び利点は、類似による参照文字が相応して、全体で特定する図面と関連して解釈されるときに後述される詳細な説明からさらに明らかになるであろう。
【００１１】
「例示」という用語はここでは、例、インスタンスまたは例証として機能することを意味するために使用される。「例示」としてここに記載されるいかなる実施形態または設計は必ずしも他の実施形態または設計に対して好適であるまたは利点があるとして解釈されない。
【００１２】
図１はＯＦＤＭ信号の電力のプロットを示す。水平軸は時間を示し、垂直軸は電力を示す。ＯＦＤＭの場合、Ｋの合計周波数サブバンドのためのＫのキャリアは、独立してデータで変調されてもよい。変調されたキャリアは一緒に加算されＯＦＤＭ信号を形成する。変調されたキャリアは、コヒーレントに（すなわち、同相で）加算してもよく、その場合、ＯＦＤＭ信号は大きな振幅を有するであろう。ＯＦＤＭ信号のピーク電力は、平均電力よりも何倍も大きくなり得る。ＰＡＰＲのための正確な値は種々の要因に依存する。さらに、関心のあるＰＡＰＲ値は、しばしば絶対ピーク値ではなく、ある統計値、たとえば、瞬時電力が時間の９９％未満にとどまるＰＡＰＲ値である。本明細書の記載において、「信号レベル」、「電力レベル」、「電力」、および「振幅」という用語は、同義的に使用される。
【００１３】
ＯＦＤＭシステムにおける受信機は、厳しい動作条件下で動作するように典型的に要求される。第１に受信機は、ＯＦＤＭ信号の相対的に高いＰＡＰＲを取り扱う必要がある。これは、典型的なＯＦＤＭ信号の場合、１０乃至１５デシベル（ｄＢ）であってもよい。第２に、受信機はしばしば高いデータレートをサポートする必要がある。これは高い信号対雑音および干渉比（ＳＮＲｓ）を必要とする。例えば、最も高いデータレートは、２５ｄＢまたはそれ以上のＳＮＲを必要とするかもしれない。第３に、受信機は、広いレンジの受信信号レベル、例えば、−１０ｄＢｍからー１００ｄＢｍの信号レベルを有したＯＦＤＭ信号を受信するかもしれない。第４に、受信機は、量子化による劣化を緩和するために熱雑音を下回る少なくとも１０ｄＢでＡＤＣからの量子化雑音を維持しなければならなない。
【００１４】
受信機は、高いＰＡＰＲ、高いＳＮＲ要件、広い受信信号レンジ、および量子化雑音のような種々の因子を取り扱うために大きなダイナミックレンジを持つようにしばしば要求される。ダイナミックレンジは、与えられた回路ブロックが要求された性能を取り扱い達成することができる最も高い信号レベルと最も低い信号レベルとの間の差を指す。受信機内の異なる回路ブロックは異なるダイナミックレンジ用件を持っていてもよい。受信機のための合計ダイナミックレンジ（ＤＲＲtotal）は、受話器用のダイナミックレンジ(ＤＲＲtotal)の合計は、以下のようにおおよそ推定してもよい。
【００１５】
ＤＲＲｔｏｔａｌ＝＠Ｓｉｇｎａｌ＋ＰＡＰＲ＋ＳＮＲｍａｘ＋ＡＮｏｉｓｅ・・・式（１）
但し、ＡＳｉｇｎａｌは、受信した信号レベルのレンジであり、ＳＮＲｍａｘは、最も高いデータレートのための必要とされるＳＮＲであり、ＡＮｏｉｓｅは、量子化雑音と熱雑音との間の差である。ＡＳｉｇｎａｌ＝９０ｄＢで、ＰＡＰＲ＝１５ｄＢで、ＳＮＲｍａｘ＝２５で、ＡＮｏｉｓｅ＝１０を有したＯＦＤＭシステムの場合、受信機のための合計ダイナミックレンジ（これはいかなる利得制御もなしにＡＤＣのための要求されたダイナミックレンジでもある）は、１４０ｄＢと同量である。
【００１６】
ＡＤＣは通常受信機のための合計ダイナミックレンジをカバーするために十分なレンジを有していない。例えば、ＡＤＣは、ダイナミックレンジのわずか４０乃至６０ｄＢを有していてもよい。２つの技術を用いて必要とされるＡＤＣレンジを低減してもよい。第１に、受信したＯＦＤＭ信号は、１つ以上の連続的に可変利得増幅器（ＶＧＡｓ）を用いて増幅し、ＡＤＣ入力における信号レベルをおおよそ一定に維持してもよい。連続的なＶＧＡｓはしばしば設計するのに複雑であり、大きな利得レンジに対して質が悪い線形性を有し、良好な性能を達成するために（例えば、利得対制御電圧に対して）特徴づける必要があるかもしれない。第２に、受信したＯＦＤＭ信号は、１つ以上の離散利得ブロックを用いて増幅し、ＡＤＣ入力における信号レベルを合計ダイナミックレンジの一部である所定のレンジ内に維持してもよい。従って、ＡＤＣは、所定のレンジ内の信号変化に対処するために依存される。離散利得ブロックは、連続的なＶＧＡｓよりも設計するのがしばしば簡単で動作させるのがより容易である。
【００１７】
図２は、ＯＦＤＭシステムで使用するのに適した受信機２００のブロック図を示す。受信機２００内では、低雑音増幅器（ＬＮＡ）２１２は、利得制御器２３４により選択されたＧInaの利得を有した入力無線周波数（ＲＦ）変調信号を受信し増幅する。バンドパスフィルター２１４は、ＬＮＡ２１２からの信号をフィルターし、関心のあるバンド内の信号成分を通過させ、帯域外雑音および望ましくない信号成分を除去する。バンドパスフィルター２１４は、表面弾性波(ＳＡＷ)フィルターまたは他の何らかのフィルターで実施してもよい。可変利得増幅器（ＶＧＡ）２１６は、利得制御器２３４により選択されたＧvgaの利得を有したバンドパスフィルター２１４からの信号を増幅し、増幅されたＲＦ信号を供給する。
【００１８】
受信機は、スーパーヘテロダインアーキテクチャーまたはダイレクト対ベースバンドアーキテクチャーを実施してもよい。スーパーヘテロダインアーキテクチャーにおいて、入力ＲＦ変調信号は、複数のステージにおいて周波数ダウンコンバートされる。例えば一方のステージにおいてＲＦから中間周波数（ＩＦ）に変換され、他方のステージにおいて、ＩＦからベースバンドに変換される。ダイレクト対ベースバンドアーキテクチャーにおいて入力ＲＦ変調信号は、一方のステージにおいてＲＦから直接ベースバンドに周波数ダウンコンバートされる。スーパーヘテロダインアーキテクチャーおよびダイレクト対ベースバンドアーキテクチャーは、異なる回路ブロックおよび／または異なる回路要件を使用してもよい。明確にするために、以下の記載はベースバンド対アーキテクチャーの場合である。
【００１９】
ミクサー２１８は、ＬＯ発生器２２０からの局部発振器（ＬＯ）を用いてＶＧＡ２１６からの増幅されたＲＦ信号を受信して周波数ダウンコンバートし、ダウンコンバートされた信号を供給する。関心のあるＲＦチャネル内の信号成分は、ベースバンドまたはベースバンド付近にダウンコンバートされるようにＬＯ信号の周波数が選択される。ローパスフィルター２２２はダウンコンバートされた信号をフィルターし、関心のあるＲＦチャネル内の信号成分を通過させ、雑音およびダウンコンバージョンプロセスにより発生されたかもしれない望ましくない信号成分を除去する。増幅器（ＡＭＰ）２２４は、Ｇampの利得を有したローパスフィルターからの信号を増幅し、アナログベースバンド信号を供給する。ＡＤＣ２２６はアナログベースバンド信号をデジタル化し、データサンプルをデジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）２３０に供給する。システムにより指定されるように、ＤＳＰ２３０はデータサンプルに対してデジタル信号処理（例えば、ＯＦＤＭ復調、デコーディング等）を実行する。
【００２０】
主制御器２４０は、受信機２００内の種々の処理装置の動作を指示する。メモリ装置２４２は、主制御器２４０のためのデータとプログラムコードを記憶する。
【００２１】
図2は、受信機２００の特定の設計を示す。一般に、受信機は増幅器、フィルター、ミクサー、等の１つ以上の段を用いて信号条件付けを実行してもよい。これは、図２に示される設計と異なるようにアレンジしてもよい。更に、受信機は信号条件づけのために図２に示されない他の回路ブロックを採用してもよい。
【００２２】
電力検出器２３２および利得制御器２３４は、受信機２００内の可変利得回路ブロックの利得を制御する。図２に示されるように、これらの可変利得回路ブロックは、図２に示されるように、ＬＮＡ２１２、ＶＧＡ２１６、および増幅器２２４を含んでいてもよい。異なるおよび／または他の回路ブロック（例えば、ミクサ２１８）の利得も制御されてもよい。
【００２３】
受信機２００の全体的な利得は、自動利得制御（ＡＧＣ）に基づいて離散利得ステップで調節してもよい。複数（Ｍ）の利得状態は、受信機に対して定義してもよい。各利得状態は、受信機内の可変利得回路ブロックの各々のために使用される特定の利得から得られる異なる全体の利得に相当する。例えば、受信機のための全体的な利得（Ｇtotal）は、以下のように表してもよい。
【００２４】
Ｇtotal ＝Ｇlna＋Ｇvga＋Ｇamp＋Ｇother・・・（２）
但し、Ｇlna、ＧvgaおよびＧampはそれぞれＬＮＡ２１２、ＶＧＡ２１６および増幅器２２４のための利得であり、Ｇotherは、ＡＤＣ２２６の前の受信経路内のすべての他の回路のための利得である。利得は、方程式（２）においてｄＢの単位で与えられる。
【００２５】
最も低い利得状態は、受信機の最も低い全体の利得に相当してもよい。これは、ＬＮＡ２１２、ＶＧＡ２１６、および増幅器２２４の最も低い利得設定を用いて得てもよい。最も高い利得状態は、ＬＮＡ２１２、ＶＧＡ２１６および増幅器２２４の最も高い利得設定を用いて得てもよい受信機のための最も高い全体の利得に相当してもよい。他の利得状態は、ＬＮＡ２１２、ＶＧＡ２１６、および増幅器２２４の異なる組み合わせを用いて得られる異なる全体の利得に相当する。各利得状態のための全体の利得は典型的に、線形性、ダイナミックレンジ、感度等の観点において良好な性能を得る方法で回路ブロックに渡って分配される。各利得状態のための各回路ブロックのための利得設定はルックアップテーブルに記憶してもよい。
【００２６】
利得状態の数（Ｍ）は、例えば、受信機のための合計ダイナミックレンジ、ＡＤＣのダイナミックレンジ、ＡＧＣループのための所望の動作特性等のような種々の因子により決定される。ＡＤＣのダイナミックレンジは、使用するために選択されたＡＤＣのタイプと設計により決定され、典型的に固定である。ＡＤＣのダイナミックレンジと比較して合計ダイナミックレンジが非常に大きいなら（例えば、上述した例の場合、１４０ｄＢまで）、多くの利得状態が必要かもしれない。
【００２７】
Ｍ利得状態は典型的に、Ｍ利得状態が受信機のための合計ダイナミックレンジの重複部分をカバーするように定義される。例えば、最も高い利得状態は、合計ダイナミックレンジの０ｄＢ乃至４０ｄＢのサブレンジをカバーしてもよい。次に低い利得状態は、２０ｄＢ乃至６０ｄＢのサブレンジをカバーしてもよい。次に低い利得状態は、４０ｄＢ乃至８０ｄＢのサブレンジをカバーしてもよい、以下同様であり、最も低い利得状態は、合計ダイナミックレンジの１００ｄＢ乃至１４０ｄＢのサブレンジをカバーしてもよい。
【００２８】
受信機はいつなんどきでもＭの利得状態の１つで動作する。現在の利得状態は、以下に記載されるように選択されてもよい。電力検出器２３２は、ＡＤＣ２２６からのデータサンプルの平均電力を決定し、平均電力（Ｐavg)を利得制御器２３４に供給する。利得制御器２３４は、平均電力と現在の利得状態に基づいて受信機のための適切な利得状態を選択する。利得制御器２３４は、（例えば、ルックアップテーブルに基づいて）現在の利得状態のための回路ブロックに使用するために利得設定を決定し、適切な制御を供給しこれらの回路ブロックのための利得を指定された設定にセットする。
【００２９】
一方向のまたは双方向の利得選択機構を用いて受信機のための適切な利得状態を選択してもよい。双方向機構は、現在の利得状態からより高い利得状態またはより低い利得状態に遷移することができる。双方向機構の場合、電力検出器は典型的に、（１）高信号または飽和および（２）低い信号または信号無しを検出する。双方向機構は、高信号／飽和が検出されるならより低い利得状態を選択し、より低い信号／信号無しが検出されるならより高い利得状態を選択し、そうでなければ現在の利得状態を維持する。一方向機構は、指定された方向で現在の利得状態から他の利得状態に遷移することができる。下向きの機構の場合、電力検出器は典型的に高信号／飽和状態を検出する。高信号／飽和が検出されるなら下向きの機構は、より低い利得状態を選択し、そうでなければ、現在の利得状態を維持する。上向きの機構の場合、電力検出器は典型的に低い／無信号状態を検出する。低い／無信号が検出されるなら上向きの機構は、より高い利得状態を選択し、そうでなければ、現在の利得状態を維持する。一方向機構は、典型的に双方向機構よりも高速である。なぜなら、一方向機構に対して唯一つの状態が検出されるのに対し、双方向機構の場合２つの状態が検出される。
【００３０】
一方向機構および双方向機構の両方の場合、適切な利得状態を選択するのに必要な時間量は、どのようにして迅速に所望の状態（複数の場合もある）を正確に検出されるかに大きく依存する。多くのシステムにおいて、高信号／飽和状態の検出は、低い信号／無心号状態の検出よりもはるかに高速に達成することができる。この理由は、そのあるものの存在よりあるものの欠如を決定することは通常より困難であるからである。これは、信号の欠如の場合雑音のみが検出されるので、所望の信号は雑音と同様のピーク対平均特性を有すると仮定する。
【００３１】
しかしながら、ＯＦＤＭ信号は、雑音のＰＡＰＲよりしばしばはるかに大きい大きなＰＡＰＲを有する。OFDM信号の瞬時電力は非常に変わる。それゆえ、高信号／飽和状態を検出するために、電力検出器は典型的に、電力検出器が確信して高信号／飽和を検出することができる前にＯＰＦＤＭ信号のための多数のデータサンプルを平均する必要がある。他方、ＯＦＤＭ信号が欠如した状態では、電力検出器は、簡単に雑音レベルを測定する。電力検出器は、より少ない数のデータサンプルを平均化し雑音電力を決定することができる。何故なら、熱雑音のＰＡＰＲは、ＯＦＤＭ信号のＰＡＰＲよりはるかに少ないからである。
【００３２】
ＯＦＤＭの場合、電力検出器は、受信したＯＦＤＭ信号の合計受信電力を、例えばＡＤＣからのデータサンプルに基づいて検出することができる。合計受信電力は、雑音電力と信号電力を含む。この場合信号電力は、受信ＯＦＤＭ信号が雑音レベル付近または未満なら雑音電力によりマスクされてもよい。また、この合計受信電力は、雑音および信号の瞬時電力の代わりに雑音および信号の平均電力である。電力検出器は、合計受信電力を所定のしきい値と比較し、合計受信電力がしきい値未満なら低い合計受信電力を宣言する。しきい値は、雑音レベル上の短い距離で設定されてもよい。それにより、電力検出器は、必須的に雑音（または低い信号状態／無信号状態）を検出している。なぜならば、ＯＦＤＭ信号がこのしきい値付近であるときＯＦＤＭ信号の高いＰＡＰＲは、容易に合計受信電力をしきい値より上に押し出す。
【００３３】
一実施形態において、上向きの一方向の利得選択機構を用いて受信機のための適切な利得状態を選択する。この上向きの機構は、最も低い利得状態で開始し、低い合計受信電力状態を検出し、状態が検出されたときはより高い利得状態に遷移し、リセット状態が検出されるときは最も低い利得状態にリセットする。適切な利得状態を選択するために必要な時間量を低減することができる。何故ならば、低い合計受信電力の検出は、ＯＦＤＭシステムにおける高信号／飽和の検出よりもより高速に達成することができる。上向きの機構の一実施形態が以下に記載される。
【００３４】
図３は、電力電計算、フィルター、及びラッチ３３０を含む電力検出器２３２の一実施形態のブロック図を示す。320およびラッチ330を含んでいます。装置３１０は同相サンプル（ＤＩ）および直交サンプル（ＳＱ）を受信する。同相サンプルおよび直交サンプルはそれぞれＡＤＣ２２６からの複素値データサンプルの同相および直交成分である。装置３１０内では、スクエアラー３１２ａ各同相サンプルを二乗し、スクエアラー３１２ｂは各直交サンプルを二乗する。加算器３１４は、スクエアラー３１２ａおよび３１２ｂの出力を加算し、各サンプル期間の電力値を供給する。これは次のように表してもよい。
【数１】
2007536814.tif 000003
【００３５】
但し、ＤI（ｎ）およびＤQ（ｎ）は、それぞれ同相サンプルおよび直交サンプルであり、例えば、サンプル期間ｎおよびＰ（ｎ）は期間ｎの電力値である。
【００３６】
図３に示される実施形態の場合、フィルター３２０は、一次無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルターを用いて実施される。フィルター３２０では、加算器３２２は装置３１０から電力値を受信して遅延装置３２６の出力と加算し、フィルターされた値を供給する。利得装置３２４は、フィルターされた値をＫの利得でスケーリングし、スケーリングされた値を遅延装置３２６に供給する。遅延装置３２６は、スケーリングされた値を記憶し、１サンプル期間の遅延を供給する。ｚ領域内フィルター３２０の応答は次のように表してもよい。
【数２】
2007536814.tif 000004
【００３７】
但し０＜Ｋ＜１である。利得Ｋは、フィルター帯域幅を決定し、所望の平均量を供給するように選択される。
【００３８】
一般に、フィルター３２０は、任意のタイプのフィルターおよび任意のフィルターオーダーで実施してもよく、任意の帯域幅を有していてもよい。例えば、フィルター３２０は、ＩＩＲフィルター、有限インパルス応答（ＦＩＲ）またはその他のフィルターであってもよい。図３に示すように、フィルター３２０は、一次フィルターであってもよくより高い次数のフィルターであってもよい。
【００３９】
ラッチ３３０は、フィルター３２０からフィルターされた値を受信し、ストローブ信号に基づいてフィルターされた値をラッチする。ラッチ３３０の出力は、データサンプルのための平均電力（Ｐavg)であり、ＡＤＣ２２６の出力における合計電力を示す。ストローブ信号がアクティブになるときは常に平均電力が更新される。データサンプルの電力が平均化される時間期間は、例えば、データがシステムにおいて送信される方法で、ＡＧＣループのための所望の設定時間等のような種々の因子に基づいて決定されてもよい。例えば、平均電力は、各パケット内のデータサンプル、各フレームまたはタイムスロット内で受信したデータサンプル等に基づいて計算してもよい。
【００４０】
図３は、データサンプルの平均電力を決定するための特定の実施形態を示す。また、平均電力は他の方法で推定されてもよい。例えば、データサンプルはしきい値と比較してもよく、しきい値未満になるデータサンプルの数をカウントしてもよい。しきい値未満になるデータサンプルのパーセンテージは平均電力の概略の推定値として使用されてもよい。平均電力を推定する方法は、より少ない計算を要求し、十分に正確かもしれない。
【００４１】
図４は利得制御器２３４の一実施形態のブロック図を示す。利得制御器２３４内において、低い合計受信電力検出器４１２は、電力検出器２３２から平均電力を受信し、平均電力を所定のしきい値と比較し、平均電力がしきい値未満なら低い合計受信電力であると宣言する。利得状態選択器４１４は、検出器４１２からの出力を受信し、現在の利得状態を維持するかどうか、次のより高い利得状態に遷移するかどうかまたは最も低い利得状態にリセットするかどうかを決定する。以下に記載するように、受信機のための適切な利得状態を選択するために、選択器４１４は状態機械を実施してもよい。利得ルックアップテーブル４１６は選択器４１４から現在の利得状態を受信し、可変利得回路ブロック（例えば、図２のＬＮＡ２１２、ＶＧＡ  ２１６、増幅器２２４）のために適切な利得制御を供給する。
【００４２】
図５は、上向き機構を用いて受信機のための適切な利得状態を選択するためのプロセス５００を示す。プロセス５００は、図２の電力検出器２３２および利得制御器２３４により実行してもよい。
【００４３】
最初に、最も低い利得状態が受信機のために選択される（ブロック５１２）。各更新された間隔の場合（例えば、各データパケットまたは各フレームまたはタイムスロット）、データサンプルの電力が計算され、平均化されてデータサンプルのための平均電力を得る（ブロック５１４）。つぎに、受信機を最も低い利得状態にリセットするかどうかの決定が行われる（ブロック５１６）。例えば、異常に大きな信号が検出されるなら、(例えば、データサンプルの所定のパーセンテージ以上がしきい値を上回る）、受信機は、他の送信機からのデータを受信することを切り替える、等である。ブロック５１６において答えが「Ｙｅｓ」であるなら、プロセスはブロック５１２に戻り、最も低い利得状態が受信機のために選択される。そうでなければ、ブロック５１６に対して答えが「Ｎｏ」であるなら、低い合計受信電力が検出されるかどうかの決定が行われる（ブロック５１８）。平均電力が所定のしきい値未満なら、この状態を宣言してもよい。低い合計受信電力がブロック５１８において検出されるなら、次のより高い利得状態が受信機のために選択され（ブロック５２０）、次にプロセスはブロック５１４に戻る。そうでなければ、低い合計受信電力がブロック５１８において検出されないなら、現在の利得状態が維持され、プロセスはブロック５１４に戻る。
【００４４】
上向き機構はほとんどのシナリオにおいて、ＯＦＤＭ信号のための双方向で下向きの機構よりも高速な応答時間を供給することができる。その改良は一例によって例証されてもよい。この例の場合、受信機は５つの利得状態を有する。電力検出器は、Ｔ秒で付加的ガウス白色雑音を検出することができる。同じ電力検出器は、約３Ｔ秒で１３ｄＢのＰＡＰＲを有したＯＦＤＭ信号のための高信号／飽和を検出することができる。上向き機構は最大４Ｔ秒で正しい利得状態に到達することができる。これは、受信機が最も低い利得状態で開始し、最も高い利得状態に到達する必要があり、Ｔ秒毎に次のより高い利得状態に遷移することができることを仮定する。双方向機構は最大６Ｔ秒で正確な利得状態に到達することができる。これは、受信機が真ん中の利得状態で開始し、最も高いまたは最も低い利得状態に到達する必要があり、３Ｔ秒毎に次のより高いまたはより低い利得状態に遷移することができると仮定する。下向き機構は最大１２Ｔ秒で正確な利得状態に到達することができる。これは、受信機が最も高い利得状態で開始し、最も低い利得状態に到達する必要があり、３Ｔ秒毎に次のより低い利得状態に遷移することができることを仮定する。上向き機構により達成される時間節約は、より多くの利得状態を用いて増加する。
【００４５】
ある動作シナリオにおいて、ダウンワード機構を用いることまたは双方向機構を用いることは利点があるかもしれない。例えば、下向き機構は、（１）より低いＰＡＰＲを有するシステムにおいて、（２）低いＰＡＰＲを有するように設計された送信（例えば、パイロット送信）に基づいた利得制御等のために、使用されてもよい。例えば、名目上の利得状態が到達された後で、下向き機構が使用されてもよい全てのまたは多くのシナリオに対して双方向機構が使用されてもよい。下向き機構および双方向機構の場合、利得制御器は、例えば、電力検出器からの平均電力に基づいて高い合計受信電力に対して検出してもよい。利得制御器は平均電力を高いしきい値と比較し、平均電力が高いしきい値を超えるなら高い合計受信電力を宣言する。高い合計受信電力が検出されるとき、平均電力はほとんど信号電力を含む。高い合計受信電力が検出される場合はいつも、利得制御器は、より低い利得状態を選択してもよい。
【００４６】
図２乃至５は、データサンプルの電力が計算されて平均化され平均電力を得る特定の実施形態を示す。この平均電力は、ＡＤＣ出力の合計電力を示す。データサンプルに対して電力計算と平均化をデジタルに実行してもよいので、この実施形態は望ましい。一般に、利得制御される変調信号の合計受信電力は、ＬＮＡからＡＤＣへの受信経路内のいずれのポイントにおいても測定してもよい。例えば、電力検出器は、図２において、ローパスフィルター２２２の出力においてフィルターされた信号の合計受信電力を測定してもよいし、ＡＤＣ２２６の入力においてアナログベースバンド信号を測定してもよい。
【００４７】
ここに記載された利得制御技術は種々の手段により実施されてもよい。例えば、これらの技術は、ハードウエア、ソフトウエアまたはそれらの組み合わせにおいて実施してもよい。ハードウエアで実施する場合、利得制御を実行するために使用される処理装置（例えば、図２の電力検出器および利得制御器２３４）は、１つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣｓ）、デジタルシグナルプロセッサー（ＤＳＰｓ）、デジタルシグナル処理装置（ＤＳＰＤｓ）、プログラマブル論理装置（ＰＬＤｓ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡｓ）、プロセッサー、コントローラー、マイクロコントローラー、マイクロプロセッサー、電子装置、ここに記載された機能を実行するように設計された他の電子装置、またはそれらの組み合わせ内で実施してもよい。
【００４８】
ソフトウエアで実施する場合、技術は、ここに記載された機能を実行するモジュール（例えば、手続、機能等）を用いて実施してもよい。ソフトウエアコードは、メモリ装置（例えば、図２のメモリ装置２４２）に記憶してもよく、プロセッサー（例えば、メインコントローラー２４０）により実行されてもよい。メモリ装置はプロセッサー内部で実施してもよいしプロセッサー外部で実施してもよい。
【００４９】
開示された実施形態の上述の記載は、当業者がこの発明を製作し、または使用することを可能にするために提供される。これらの実施形態に対する種々の変更は、当業者には容易に明白であり、ここに定義された包括的原理は、この発明の精神と範囲を逸脱することなく他の実施形態に適用してもよい。従って、この発明は、ここに示される実施形態に限定されることを意図したものではなく、ここに開示された原理と新規な特徴に一致する最も広い範囲が許容されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、ＯＦＤＭ信号の電力のプロットを示す。
【図２】図２は、ＯＦＤＭシステムの受信機のブロック図を示す。
【図３】図３は、電力検出器のブロック図を示す。
【図４】図４は、利得制御器のブロック図を示す。
【図５】図５は、上向き機構を使用して、受信機のための利得状態を選択するプロセスを示す。
【図１】
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【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】
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