(57)【要約】【課題】データ誤り率を低く抑えつつもフィードバック制御ループ遅延を減少させ、しかも、回路要素のばらつきに対して可変利得増幅器の出力電力の変動が小さく、製造コストも低い自動利得制御装置を提供する。【解決手段】  制御電圧切換回路３１は、周期ｔで、フィードフォワード制御ループ２１による可変利得増幅器２の制御電圧をフィードバック制御ループ６による可変利得増幅器２の制御電圧と比較し、この差が予め設定された値以上であればフィードフォワード制御ループ２１により可変利得増幅器２の出力のフィードフォワード制御を行い、予め設定された値未満であればフィードバック制御ループ６により可変利得増幅器２の出力のフィードバック制御を行う。【選択図】図４
2007266853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を可変に増幅する可変利得増幅器と、
前記可変利得増幅器への入力信号に基づいて当該可変利得増幅器の出力をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御手段と、
前記可変利得増幅器の出力信号につき所定時間の平均電力を計算して当該可変利得増幅器の出力をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
所定の周期で、前記フィードフォワード制御手段による可変利得増幅器の制御電圧を前記フィードバック制御手段による前記可変利得増幅器の制御電圧と比較し、この差が予め設定された値以上であれば前記フィードフォワード制御手段によりフィードフォワード制御を行い、予め設定された値未満であれば前記フィードバック制御手段によりフィードバック制御を行う切り替え手段と、
を備えている自動利得制御装置。
【請求項２】
前記フィードバック制御手段は、前記可変利得増幅器の出力信号のオーバーサンプリングされたデータのうち各シンボルのピーク値により前記平均電力の計算を行う、請求項１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、可変利得増幅器を用いた自動利得制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＴＣ（Electronic Toll Collection System）における路車間通信や、車車間のすれ違いざま通信においては、限られた通信時間内に、複数の通信スロットからなる一連の双方向通信シーケンスを実行しなければならない。この場合、各通信スロットの間隙では無電界状態にあるため、各通信スロットの受信開始時は無電界状態から強電界状態への高速な利得制御が必要である。
【０００３】
また、移動体通信では、通信距離の変化やフェージングによる電界強度の変化に追従する利得制御が必要になる。
【０００４】
そこで、移動体通信では、電界強度の変化に高速に追従する自動利得制御装置（ＡＧＣ）が必要になる。このような自動利得制御装置においては、可変利得増幅器を備え、可変利得増幅器の出力の平均電力を計算し、この計算値に応じた制御電圧を生成して、可変利得増幅器の出力をフィードバック制御するフィードバック制御ループ（ＡＧＣループ）を備えているのが一般的である。
【０００５】
また、特許文献１には、可変利得増幅器の出力の平均電力をそれぞれ短区間平均と長区間平均で計算する２つのフィードフォワード制御ループを備え、その短区間平均と長区間平均との平均電力の差により、短区間平均のフィードフォワード制御ループと長区間平均のフィードフォワード制御ループのいずれかを選択する技術について開示されている。
【０００６】
さらに、特許文献２には、可変利得増幅器をフィードバック制御するフィードバック制御ループと、可変利得増幅器への入力に基づいて可変利得増幅器をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御ループとを備え、フィードフォワード制御の制御値をフィードバック制御の制御値で補正する技術について開示されている。
【特許文献１】特開２００２‐８４１５３号公報
【特許文献２】特開２００３‐１３３８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、可変利得増幅器をフィードバック制御するフィードバック制御ループを備えている自動利得制御装置においては、次のような不具合がある。
【０００８】
まず、自動利得制御装置を備えた無線受信機の入力感度を−２０ｄＢｍ〜−７０ｄＢｍとすると、その入力電力のダイナミックレンジは５０ｄＢである。そして、可変利得増幅器の出力をＡ／Ｄ変換する８ビットのＡ／Ｄ変換器の最大値は２５５であり、無電界時のノイズレベルが６４程度であることから、Ａ／Ｄ変換器のダイナミックレンジは６ｄＢ程度である（log（２５５／６４）×１０）。
【０００９】
そのため、可変利得増幅器の制御電圧の現在値と目標値との差（制御偏差）が６ｄＢに収まるまでは、Ａ／Ｄ変換器の出力は飽和状態にあるか又はノイズレベル以下であるため、制御偏差の絶対値を検出することができず、制御偏差の符号（プラスかマイナスか）が検出できるのみである。
【００１０】
よって、フィードバック制御において、この制御偏差の符号のみに基づいて制御することになるが、この場合は、制御電圧を＋１、−１などに制御してから、その制御の結果を判断するまでに、フィードバック制御ループの１周分の遅延が生じるため（１周しないと制御の結果を判断できない）、制御電圧の制御量はフィードバック制御ループの総遅延量に制約される不具合がある。もし、フィードバック制御ループ遅延より短い周期で制御電圧を変えてしまうと、制御の行き過ぎにより制御電圧の振動が発生してしまう。
【００１１】
また、このようなフィードバック制御ループ遅延を減少させるには、遅延の大部分を占めている平均電力計算回路（可変利得増幅器の出力の平均電力を計算する）における平均処理時間を削減することが必要である。
【００１２】
しかし、図３に示すように、平均電力の計算は、データの符号が小刻みに反転する場合には短時間のデータでも正確に計算できるものの（ａ）、同一符号が連続する場合には短時間のデータでは正確な計算ができない（ｂ）。そのため、短時間のデータで平均電力を計算すると、平均電力の算出は不安定となり、ゲインの振れによる波形歪みを生じ、受信信号のデータ誤り率が増大してしまう不具合がある。
【００１３】
これに対し、特許文献１に開示の技術は、短区間平均と長区間平均で計算する２つのフィードフォワード制御ループを使い分けているが、フィードフォワード制御であるため、可変利得増幅器などの回路要素のばらつきに対して可変利得増幅器の出力電力の変動が大きくなってしまうという不具合がある。
【００１４】
また、特許文献２に開示の技術は、フィードフォワード制御の制御値をフィードバック制御の制御値で補正しているが（ただし、具体的にどのように補正するのかは不明である）、この技術はフィードフォワード制御系とフィードバック制御系との両方を常時使用するため、可変利得増幅器の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器などの回路要素には処理速度が要求され、製造コストが高いという不具合がある。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、フィードバック制御ループ遅延を減少させ、しかも、回路要素のばらつきに対して可変利得増幅器の出力電力の変動が小さく、製造コストも低い自動利得制御装置を提供することである。
【００１６】
本発明の別の目的は、データ誤り率を低く抑えることである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、入力信号を可変に増幅する可変利得増幅器と、前記可変利得増幅器への入力信号に基づいて当該可変利得増幅器の出力をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御手段と、前記可変利得増幅器の出力信号につき所定時間の平均電力を計算して当該可変利得増幅器の出力をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、所定の周期で、前記フィードフォワード制御手段による可変利得増幅器の制御電圧を前記フィードバック制御手段による前記可変利得増幅器の制御電圧と比較し、この差が予め設定された値以上であれば前記フィードフォワード制御手段によりフィードフォワード制御を行い、予め設定された値未満であれば前記フィードバック制御手段によりフィードバック制御を行う切り替え手段と、を備えている自動利得制御装置である。
【００１８】
この場合に、前記フィードバック制御手段は、前記可変利得増幅器の出力信号のオーバーサンプリングされたデータのうち各シンボルのピーク値により前記平均電力の計算を行うようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、大まかにフィードフォワード制御で処理した上で（粗調）、フィードバック制御で微調整を行うことができるため（微調）、制御の追従性が良くて、フィードバック制御に長時間を要しないので、フィードバック制御ループ遅延を減少できる。
【００２０】
また、フィードフォワード制御の他に微調としてフィードバック制御を使用するため、可変利得増幅器などの回路要素のばらつきに対して可変利得増幅器の出力電力の変動は比較的小さいままとすることができる。
【００２１】
さらに、フィードフォワード制御は所定の周期で行うので、フィードフォワード制御を実現する回路要素には処理速度が要求されず、その分、製造コストを低減することができる。
【００２２】
そのうえ、可変利得増幅器の出力信号のオーバーサンプリングされたデータのうち各シンボルのピーク値により平均電力の計算を行うようにした場合は、平均電力計算は各シンボル中のピーク値を用いることで短区間平均により精度よく行えるので、データ誤り率を低減でき、かつ微調の追従性もよくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態について説明する。
【００２４】
［無線受信機の構成について］
図１は、自動利得制御装置１を備えた無線受信機１０１の概略構成を示すブロック図である。
【００２５】
無線受信機１０１では、まず、アンテナ１０２で電波を受信する。ＲＦ部１０３では、この受信信号を増幅し、また、受信信号から必要な周波数の信号を大まかに取得する。ＩＦ部１０４は、この信号から更に必要な周波数の信号を正確に取得し、自動利得制御装置１でその信号を増幅する。そして、検波部１０５は増幅後の信号を検波する。
【００２６】
以下では、比較例となる自動利得制御装置２０１について最初に説明し、この自動利得制御装置２０１と比較しつつ本実施形態の自動利得制御装置１について説明する。
【００２７】
［比較例の自動利得制御装置について］
図２は、比較例となる自動利得制御装置２０１の電気的な接続のブロック図である。
【００２８】
自動利得制御装置２０１は、入力信号を可変に増幅する可変利得増幅器２と、この可変利得増幅器２の出力を復調する復調回路３と、復調回路３の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器４と、Ａ／Ｄ変換器４の出力からノイズを除去するローパスフィルタ５とを備えている。
【００２９】
フィードバック制御ループ（ＡＧＣループ）６は、可変利得増幅器２の出力（ローパスフィルタ５の出力）に基づいて可変利得増幅器２の出力をフィードバック制御する。具体的には、フィードバック制御ループ６は、可変利得増幅器２の出力から所定時間の平均電力を計算する平均電力計算回路１１と、この計算値に基づいて可変利得増幅器２の制御電圧を算出する制御電圧生成回路１２とを備えている。
【００３０】
また、自動利得制御装置２０１は、制御電圧生成回路１２の出力をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器１３と、Ｄ／Ａ変換器１３の出力を増幅して生成した制御電圧を可変利得増幅器２に与える増幅器１４とを備えている。
【００３１】
ここで、無線受信機１０１の入力感度を−２０ｄＢｍ〜−７０ｄＢｍとすると、その入力電力のダイナミックレンジは５０ｄＢである。そして、無線受信機１０１に可変利得増幅器２０１を適用した場合は、可変利得増幅器２０１の出力をＡ／Ｄ変換する８ビットのＡ／Ｄ変換器４の最大値は２５５であり、無電界時のノイズレベルが６４程度であることから、Ａ／Ｄ変換器４のダイナミックレンジは６ｄＢ程度である（log（２５５／６４）×１０）。
【００３２】
そのため、可変利得増幅器２の制御電圧の現在値と目標値との差（制御偏差）が６ｄＢに収まるまでは、Ａ／Ｄ変換器４の出力は飽和状態にあるか又はノイズレベル以下であるため、制御偏差の絶対値を検出することができず、制御偏差の符号（プラスかマイナスか）がわかるのみである。
【００３３】
よって、フィードバック制御ループ６によるフィードバック制御において、この制御偏差の符号のみに基づいて制御することになるが、この場合は、制御電圧を＋１、−１などに制御してから、その制御の結果を判断するまでに、フィードバック制御ループ６の１周分の遅延が生じるため、制御電圧の制御量はフィードバック制御ループの総遅延量に制約される不具合がある。もし、フィードバック制御ループ遅延より短い周期で制御電圧を変えてしまうと、制御の行き過ぎにより制御電圧の振動が発生してしまう。
【００３４】
また、このようなフィードバック制御ループ遅延を減少させるには、遅延の大部分を占めている平均電力計算回路１１における平均処理時間を削減することが必要である。
【００３５】
しかし、図３に示すように、平均電力の計算は、データの符号が小刻みに反転する場合には短時間のデータでも正確に計算できるものの（ａ）、同一符号が連続する場合には短時間のデータでは正確な計算ができない（ｂ）。そのため、短時間のデータで平均電力を計算すると、平均電力の算出は不安定となり、ゲインの振れによる波形歪みを生じ、受信信号のデータ誤り率が増大してしまう不具合がある。
【００３６】
そこで、本実施形態では、次に説明する自動利得制御装置１を提案する。
【００３７】
［本実施形態の自動利得制御装置について］
図４は、本実施形態の自動利得制御装置１の電気的な接続のブロック図である。図４において、図２と同一符号の回路要素などは自動利得制御装置２０１と同様であり、詳細な説明は省略する。
【００３８】
自動利得制御装置１が自動利得制御装置２０１と相違する点は、まず、自動利得制御装置１は、可変利得増幅器２の入力に基づいて可変利得増幅器２の出力をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御ループ２１を備えていることである。フィードフォワード制御ループ２１は、ＲＳＳＩ（受信信号強度値）を検出するＲＳＳＩ検出回路２２を備えている。具体的には、ＲＳＳＩ検出回路２２は、受信電力の対数をリニアな電圧に変換して出力する。Ａ／Ｄ変換器２３は、この出力電圧をＡ／Ｄ変換する。具体的は、Ａ／Ｄ変換器２３は、前述のダイナミックレンジ５０ｄＢを２５６段階という粗さで検出する。制御電圧生成回路２４は、このＡ／Ｄ変換後のＲＳＳＩ検出回路２２の出力に基づいて可変利得増幅器２の制御電圧を求める。
【００３９】
また、自動利得制御装置１は、制御電圧切換回路３１を備えている。制御電圧切換回路３１は、フィードバック制御ループ６の制御電圧生成回路１２の出力と、フィードフォワード制御ループ２１の制御電圧生成回路２４の出力とのうち、一方を選択的にＤ／Ａ変換器１３に出力するような切り替えを行う。
【００４０】
具体的には、制御電圧切換回路３１において次のような処理を行う。まず、制御電圧生成回路２４が出力する制御電圧のフィードフォワード制御による収束予測値をＰｅとする。そして、制御電圧生成回路１２が現在出力している制御電圧をＰｃとしたときに、ＰｅとＰｃとの乖離、すなわち、"Ｐｅ−Ｐｃ"の絶対値を求め、この値が予め設定された値Ｐｗ以上であれば、フィードフォワード制御ループ２１の制御電圧生成回路２４の出力をＤ／Ａ変換器１３に出力する。これにより、フィードフォワード制御による可変利得増幅器２の粗調が図られる。
【００４１】
また、"Ｐｅ−Ｐｃ"の絶対値が予め設定された値Ｐｗ未満であれば、フィードバック制御ループ６の制御電圧生成回路１２の出力をＤ／Ａ変換器１３に出力する。これにより、フィードバック制御による可変利得増幅器２の微調が図られる。
【００４２】
このような制御電圧切換回路３１による処理は、所定の周期ｔごとに行う。すなわち、制御電圧切換回路３１によるフィードフォワード制御（粗調）とフィードバック制御（微調）との切換は、周期ｔ単位に行われる。
【００４３】
この場合のフィードバック制御による微調は、具体的には次のように行う。
【００４４】
平均電力計算回路１１で求めた平均電力をＡｃ、目標となる平均電力をＡｅとし、平均電力Ａｃと目標平均電力をＡｅとの許容誤差をＡｗとすると、"Ａｃ>Ａｅ＋Ａｗ／２"であれば、制御電圧生成回路１２の制御電圧を１ステップ分だけ減少する。また、"Ａｃ<Ａｅ−Ａｗ／２"であれば、制御電圧生成回路１２の制御電圧を１ステップ分だけ増加する。
【００４５】
さらに、平均電力計算回路１１における電力計算も、自動利得制御装置２０１の場合（図３）とは異なり、図５に示すように、サンプル点のうち大きなマークで示すピーク値のみを選択して電力計算する。これにより、シンボルごとにデータの正負が反転する場合と比較して（ａ）、＋１又は−１が連続する場合にも（ｂ）、平均電力の計算値は自動利得制御装置２０１の場合と同じになる。よって、平均電力の計算期間を延長することなく、正確な平均電力を計算することができる。
【００４６】
次に、フィードフォワード制御による粗調とフィードバック制御による微調との切換について、図６を参照して説明する。
【００４７】
図６は、可変利得増幅器２に入力する制御電圧の時間変化を示すグラフである。同図においては、前述のとおり、制御電圧切換回路３１による粗調と微調との切換は周期ｔごとに行われる。まず、送信相手が無線信号の送信を開始すると、最初は微調が行われて、無電界状態レベルから制御電圧が低下し始める（１）。この期間、微調が行われるのは、Ａ／Ｄ変換器２３等、フィードフォワード制御ループ２１の遅延のため、"Ｐｅ−Ｐｃ"の絶対値が求められないためである。次に、"Ｐｅ−Ｐｃ"の絶対値がＰｗより大きいために、粗調が行われて、制御電圧が急激に低下して収束予定値のＰｅに設定される（２）。これにより制御電圧が十分に低下したので、微調が行われ、制御電圧が収束値Ｐａに収束する（３）。そして、受信電力にＰｗ以上の急激な変動がない限り、微調が行われて、ゲイン追従する微調収束状態が続く（４）。その後、送信相手からの無線信号の送信が終了すると、微調が行われて、制御電圧が上昇し始める（５）。この期間、微調が行われるのは、Ａ／Ｄ変換器２３等、フィードフォワード制御ループ２１の遅延のため、"Ｐｅ−Ｐｃ"の絶対値が求められないためである。そして、"Ｐｅ−Ｐｃ"の絶対値がＰｗを超えると、粗調が行われて、制御電圧が急激に上昇して無電界状態レベルの制御電圧となる（６）。
【００４８】
図７は、自動利得制御装置２０１の制御電圧の時間変化の実際の波形を示す説明図である。図７のグラフでは、フィードバック制御による収束状態（符号５１）となるまで、フィードバック制御のみで制御電圧を低下させるため（符号５２）、制御が開始してから収束状態５１となるまでに長時間を要している。
【００４９】
図８は、自動利得制御装置１の制御電圧の時間変化の実際の波形を示す説明図である。図８のグラフでは、フィードバック制御による微調収束状態（符号６１）となる前に、フィードフォワード制御による粗調により制御電圧が急激に低下している（符号６２）。そのため、制御が開始してから微調収束状態６１となるまでに、図７の自動利得制御装置２０１の場合と比べて短時間で済んでいることがわかる。
【００５０】
図９は、図７の例で、フィードバック制御ループ遅延より短い周期で制御電圧を制御する場合の実際の波形を示す説明図である。この場合は、制御の行き過ぎにより制御電圧の振動が発生してしまうことがわかる（符号７１）。
【００５１】
以上のとおり、本実施形態の自動利得制御装置１によれば、大まかにフィードフォワード制御で処理する粗調を行った上で、フィードバック制御で微調整を行う微調を行うことができるため、制御の追従性が良くて、フィードバック制御に長時間を要しないので、フィードバック制御ループ遅延を減少できる。
【００５２】
また、フィードフォワード制御の他に微調としてフィードバック制御を使用するため、可変利得増幅器２などの回路要素のばらつきに対して可変利得増幅器２の出力電力の変動は比較的小さいままとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態である無線受信機の電気的な接続のブロック図である。
【図２】比較例である自動利得制御装置の電気的な接続のブロック図である。
【図３】従来の平均電力の計算について説明する説明図である。
【図４】本発明の一実施形態である自動利得制御装置の電気的な接続のブロック図である。
【図５】本発明の一実施形態である自動利得制御装置における平均電力の計算について説明する説明図である。
【図６】本発明の一実施形態である自動利得制御装置の制御について説明するグラフである。
【図７】従来の自動利得制御装置の制御電圧の時間変化の実際の波形を示す説明図である。
【図８】本発明の一実施形態である自動利得制御装置の制御電圧の時間変化の実際の波形を示す説明図である。
【図９】従来の自動利得制御装置の制御電圧の時間変化の実際の波形を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５４】
１    自動利得制御装置
２    可変利得増幅器
６    フィードバック制御ループ
１１  平均電力計算回路
２１  フィードフォワード制御ループ
３１  制御電圧切換回路
【図１】
2007266853.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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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