(57)【要約】【課題】  スループットを損なうことなくバースト全体で振幅変動耐性を向上させる。【解決手段】  自動利得制御増幅手段１はOFDM受信信号のレベルに応じて出力信号レベルが一定となるよう利得制御を行う。OFDM信号電力平均手段７は自動利得制御増幅手段の出力信号を長時間平均し目標との差分でAGC制御値を求める。自動利得制御増幅手段制御手段４はOFDM受信信号，バースト検出手段３の出力，パケット信号検出手段６の出力およびOFDM信号電力平均手段の出力によって自動利得増幅手段を制御し、OFDM受信信号中のAGC用プリアンブル部分からAGC制御値を算出する応答が速いAGC回路と、算出したAGC制御値にOFDM信号電力平均手段が求めたAGC制御値を加算する応答が遅いAGC回路を構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力したOFDM受信信号のレベルに応じて出力信号レベルが一定となるよう利得制御を行う自動利得制御増幅手段と、
前記自動利得制御増幅手段の出力信号を一定時間遅延させる遅延手段と、
前記自動利得制御増幅手段の出力信号と前記遅延手段の出力信号の相関演算を行いバーストの検出を行うバースト検出手段と、
前記自動利得制御増幅手段の出力信号を前記バースト検出手段の出力信号に基づいて離散フーリエ変換してOFDM信号の復調を行うOFDM復調手段と、
前記OFDM復調手段の出力信号からパケット信号の受信およびパケット信号の終了時刻の検出を行うパケット信号検出手段と、
前記自動利得制御増幅手段の出力信号を長時間平均し目標との差分でAGC制御値を求めるOFDM信号電力平均手段と、
前記OFDM受信信号，前記バースト検出手段の出力，前記パケット信号検出手段の出力および前記OFDM信号電力平均手段の出力によって前記自動利得増幅手段を制御する自動利得制御増幅手段制御手段を備え、
前記自動利得制御増幅手段制御手段は、前記OFDM受信信号中のAGC用プリアンブル部分からAGC制御値を算出する応答が速いAGC回路、または前記算出したAGC制御値に前記OFDM信号電力平均手段が求めたAGC制御値を加算する応答が遅いAGC回路を構成することを特徴とするOFDM復調器。
【請求項２】
前記自動利得制御増幅手段制御手段は、
前記バースト信号の検出タイミングで前記OFDM受信信号中のAGC用プリアンブル部分からAGC制御値を算出する制御回路と、
前記制御回路から出力されるAGC制御値を前記制御回路の制御により保持するフリップフロップと、
前記フリップフロップが保持しているAGC制御値と前記OFDM信号電力平均手段の出力を加算する加算器と、
前記制御回路からのセレクト信号に応答して前記フリップフロップの出力と前記加算器の出力のいずれかをAGC制御値として前記自動利得制御増幅手段へ出力するセレクタとで構成され、
前記制御回路は、前記バースト信号検出より一定時間経過後に前記セレクト信号により前記セレクタへの入力を前記フリップフロップの出力側から前記加算器の出力側に切り替え、またパケット信号から得る送信バイト数および送信レート情報により送信パケットの全長を求め、パケット終了時には前記セレクタの極性および前記フリップフロップに保持していた値を初期化することを特徴とする請求項１記載のOFDM復調器。
【請求項３】
請求項１記載のOFDM復調器を用い、
OFDM受信信号待受けを開始前に前記応答速度が異なる２種類のAGC回路と前記バースト検出手段が同時に動作を開始し、
OFDM受信信号の到来後に前記バースト検出手段がバーストを検出すると前記自動利得制御増幅手段の利得は前記応答が速いAGC回路で求めたAGC制御値とし、
パケット信号の検出ができないときは前記AGC処理をリセットして再度AGC演算とパケット信号の検出を行い、
パケット信号を検出したときは前記応答の遅いAGC回路であっても十分に収束可能な時間が経過すると、前記応答が遅いAGC回路で求めたAGC制御値で前記自動利得制御増幅手段を利得制御し、
パケット長以上の時間が経過すると前記AGC処理をリセットして再度AGC演算とパケット信号の検出を行うことを特徴とする自動利得制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、OFDM復調器および自動利得制御方法、特に、ディジタル無線通信システムに用いるOFDM復調器においてOFDM受信信号のレベルを制御する自動利得制御（AGC）に関する。
【背景技術】
【０００２】
OFDM変調は、複数のサブキャリア上にQPSK等の変調を行うため、OFDM変調信号の平均電圧値とピーク電圧値との比が大きくなる特徴がある。このため、自動利得制御に必要とされるOFDM変調信号の平均電圧もしくは平均電力を求めるためには、長い区間に亘って平均を採る必要がある。一方、無線LAN等ではスループット向上のため、AGC用プリアンブル等の無駄ビットは極力少なくする必要があるのでAGCは高速に引き込む必要がある。
【０００３】
従来、この種の自動利得制御は、短いAGC用プリアンブル信号で良好な受信信号利得制御を可能とするために、AGC用プリアンブル信号を短い時間で平均化するAGC回路で演算してAGC制御値を求め、バースト検出手段とパケット信号検出手段の出力によって、AGC制御値を固定または固定の中止をするようにしている（例えば、特許文献１参照）。詳しくは、AGC用プリアンブル信号部分だけAGC回路を動作させ、バーストを検出したのに引き続いてパケット信号を検出すると、OFDMデータ区間はAGC用プリアンブル信号部分で求めた利得の固定を継続し、パケット信号を検出せず、またはパケット信号の終了時刻に達すると利得の固定を中止する。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２０５２７８号公報（６頁、図１，図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の技術では、バースト先頭だけでAGC制御値を求めて固定しているため、OFDMデータ区間のOFDM変調波部分で生じた振幅変動には全く追従せず、その結果、特にバースト長が長い場合には顕著に特性が劣化する。すなわち、この自動利得制御回路は、短い時間で平均するAGC回路しか具備しないので、OFDM変調波部分では高いピーク電圧の影響で正しいAGC制御値が求められない。AGC制御利得が最適でなくなると、時間領域での飽和、切り捨てが増加することによるEVM劣化、軟判定閾値が最適でなくなることによる劣化等が発生し、スループット特性が劣化する。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、OFDM変調波部分で発生した振幅変動をも補正することにより、振幅変動耐性を上げ、スループットを向上させた自動利得制御回路および自動利得制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明のOFDM復調器は、入力したOFDM受信信号のレベルに応じて出力信号レベルが一定となるよう利得制御を行う自動利得制御増幅手段（図１の１）と、自動利得制御増幅手段の出力信号を一定時間遅延させる遅延手段（図１の２）と、自動利得制御増幅手段の出力信号と遅延手段の出力信号の相関演算を行いバーストの検出を行うバースト検出手段（図１の３）と、自動利得制御増幅手段の出力信号をバースト検出手段の出力信号に基づいて離散フーリエ変換してOFDM信号の復調を行うOFDM復調手段（図１の５）と、OFDM復調手段の出力信号からパケット信号の受信およびパケット信号の終了時刻の検出を行うパケット信号検出手段（図１の６）と、自動利得制御増幅手段の出力信号を長時間平均し目標との差分でAGC制御値を求めるOFDM信号電力平均手段（図１の７）と、OFDM受信信号，バースト検出手段の出力，パケット信号検出手段の出力およびOFDM信号電力平均手段の出力によって自動利得増幅手段を制御する自動利得制御増幅手段制御手段（図１の４）を備え、自動利得制御増幅手段制御手段は、OFDM受信信号中のAGC用プリアンブル部分からAGC制御値を算出する応答が速いAGC回路、または算出したAGC制御値に前記OFDM信号電力平均手段が求めたAGC制御値を加算する応答が遅いAGC回路を構成することを特徴とする。
【０００８】
自動利得制御増幅手段制御手段（図１の４）は、バーストの検出タイミングでOFDM受信信号中のAGC用プリアンブル部分からAGC制御値を算出する制御回路（図５の40）と、制御回路から出力されるAGC制御値を制御回路の制御により保持するフリップフロップ（図５の41）と、フリップフロップが保持しているAGC制御値とOFDM信号電力平均手段の出力を加算する加算器（図５の43）と、制御回路からのセレクト信号に応答してフリップフロップの出力と加算器の出力のいずれかをAGC制御値として自動利得制御増幅手段へ出力するセレクタ（図５の42）とで構成される。
【０００９】
制御回路は、バースト信号検出より一定時間経過後にセレクト信号によりセレクタへの入力をフリップフロップの出力側から加算器の出力側に切り替え、またパケット信号から得る送信バイト数および送信レート情報により送信パケットの全長を求め、パケット終了時にはセレクタの極性およびフリップフロップに保持していた値を初期化するように構成してもよい。
【００１０】
本発明の自動利得制御方法は、上記のOFDM復調器を用い、OFDM受信信号待受けを開始前に応答速度が異なる２種類のAGC回路とバースト検出手段が同時に動作を開始し、OFDM受信信号の到来後にバースト検出手段がバーストを検出すると自動利得制御増幅手段の利得は応答が速いAGC回路で求めたAGC制御値とし、パケット信号の検出ができないときはAGC処理をリセットして再度AGC演算とパケット信号の検出を行い、パケット信号を検出したときは応答の遅いAGC回路であっても十分に収束可能な時間が経過すると、応答が遅いAGC回路で求めたAGC制御値で自動利得制御増幅手段を利得制御し、パケット長以上の時間が経過するとAGC処理をリセットして再度AGC演算とパケット信号の検出を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、OFDM受信信号のプリアンブル部に対しては、高速に応答するがあまり平滑化されないAGC回路を適用し、OFDM受信信号のデータ部に対しては、応答は遅いが十分に平滑化されるAGC回路を適用するというように、収束時間の異なる２種類のAGC回路を使い分けた構成としたため、OFDM受信信号のデータ部で起こった振幅変動にも増幅手段の利得制御が追従することにより、OFDM復調器のスループットを損なうことなくバースト全体の振幅変動耐性が向上するという効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のOFDM復調器は、入力したOFDM受信信号のレベルに応じて出力信号レベルが一定となるよう利得制御を行う自動利得制御増幅手段と、自動利得制御増幅手段の出力信号を一定時間遅延させる遅延手段と、自動利得制御増幅手段の出力信号と遅延手段の出力信号の相関演算を行いバーストの検出を行うバースト検出手段と、自動利得制御増幅手段の出力信号をバースト検出手段の出力信号に基づいて離散フーリエ変換してOFDM信号の復調を行うOFDM復調手段と、OFDM復調手段の出力信号からパケット信号の受信およびパケット信号の終了時刻の検出を行うパケット信号検出手段と、自動利得制御増幅手段の出力信号を長時間平均し目標との差分でAGC制御値を求めるOFDM信号電力平均手段と、OFDM受信信号，バースト検出手段の出力，パケット信号検出手段の出力およびOFDM信号電力平均手段の出力によって自動利得増幅手段を制御する自動利得制御増幅手段制御手段を備える。
【００１３】
そして、自動利得制御増幅手段制御手段は、OFDM受信信号中のAGC用プリアンブル部分からAGC制御値を算出する応答が速いAGC回路、または算出したAGC制御値に前記OFDM信号電力平均手段が求めたAGC制御値を加算する応答が遅いAGC回路を構成する。
【００１４】
OFDM受信信号待受けを開始前に応答速度が異なる２種類のAGC回路とバースト検出手段が同時に動作を開始する。OFDM受信信号の到来後にバースト検出手段がバーストを検出すると自動利得制御増幅手段の利得は応答が速いAGC回路で求めたAGC制御値とする。
【００１５】
パケット信号の検出ができないときはAGC処理をリセットして再度AGC演算とパケット信号の検出を行う。パケット信号を検出したときは応答の遅いAGC回路であっても十分に収束可能な時間が経過すると、応答が遅いAGC回路で求めたAGC制御値で自動利得制御増幅手段を利得制御する。パケット長以上の時間が経過するとAGC処理をリセットして再度AGC演算とパケット信号の検出を行う。
【実施例１】
【００１６】
以下図面を参照して、本発明の実施例について詳細に説明する。図１は本発明によるOFDM復調器の一例を示すブロック図である。
【００１７】
このOFDM復調器は、高速に応答するがあまり平滑化されないAGC回路と、応答は遅いが十分に平滑化されるAGC回路の２種類を実装する。高速に応答する側は、AGC用プリアンブルを用いて１OFDMシンボル時間程度で収束するよう調整され、応答が遅い方はAGC用プリアンブルではなく、振幅平均値とピーク電圧の比が大きいOFDM信号でも収束するよう、数十OFDMシンボル程度に亘って振幅の平均を採る回路とする。
【００１８】
応答が高速なAGC回路は、検出が速い反面、OFDM信号のような大きな振幅変動にも追従し誤差を生み出す特徴を持ち、一方、応答が遅い場合は、応答は遅いが良く平均化されるので、OFDM信号など大きな振幅変動を持つ信号であっても正しい制御を行うことができる。
【００１９】
このOFDM復調器は、自動利得制御増幅手段１，遅延手段２，バースト検出手段３，自動利得制御増幅手段制御手段４，OFDM復調手段５，パケット信号検出手段６およびOFDM信号電力平均手段７を有する。
【００２０】
自動利得制御増幅手段１は、入力してくるOFDM受信信号a1を増幅し、その増幅度は自動利得制御増幅手段制御手段４からのAGC制御信号a8により制御される。OFDM受信信号a1の構成は、AGCの演算に適したAGC用プリアンブルの後に、ある固定パタンに対するOFDM変調波を２回繰り返した同期用プリアンブルが続き、その後にユニークワード，送信バイト数，送信レート情報等パケットに関する情報を含むOFDM変調されたヘッダ部、そしてデータ部で構成されているものとする。増幅手段出力a2は、遅延手段２，バースト検出手段３，OFDM復調手段５およびOFDM信号電力平均手段７へ出力される。
【００２１】
遅延手段２とバースト検出手段３の構成を図２に示す。遅延手段２は、増幅手段出力a2中の同期用プリアンブルが一定周期で２回連続して送信されることを利用し、その１周期分だけ増幅手段出力a2を遅延させるシフトレジスタ21を含んでいる。また、バースト検出手段３は、増幅手段出力a2と遅延手段出力a3とからOFDM受信信号a1のバースト検出を行う。すなわち、バースト検出手段３の相関器31は増幅手段出力a2と遅延手段出力a3の相関をとり、パワー変換器32で相関器出力を電力に変換した上で、比較器33においてパワー変換器出力を予め定めた閾値a34と比較することによりバースト検出信号a4を出力する。
【００２２】
OFDM復調手段５の回路構成例を図３に示す。OFDM復調手段５では、ウィンドウ制御回路50はバースト検出信号a4をトリガにしFFT Windowを制御する。シフトレジスタ51は、増幅手段出力a2を遅延させ、信号（ウィンドウ制御回路50の出力a50）と制御信号（増幅手段出力a2）の位相を一致させることにより、FFT Window制御などで発生する処理遅延を補償する。
【００２３】
ガードインターバル除去回路52は、OFDM受信信号a1に付加されているガードインターバルを出力a50により除去し、直列並列変換回路53による直列並列変換後、FFT回路54においてフーリエ変換が行われる。FFT出力信号a54は、サブキャリア毎に発生する位相回転などを補正するための処理がサブキャリア復調回路55で行われ、並列直列変換回路56で並列直列変換を行い、復調データa5を出力する。
【００２４】
パケット信号検出手段６は、復調データa5の中に含まれているパケット情報によりバースト中のヘッダからパケットを検出する。パケット検出時には、パケット検出信号a6（送信バイト数、送信レート情報を含む）をOFDM信号電力平均手段７および自動利得制御増幅手段制御手段４へ出力する。
【００２５】
OFDM信号電力平均手段7はOFDM変調信号の電力を平均化するものであって、図４に示すように自乗回路71，移動平均フィルタ72および減算器73で構成される。自乗回路71は、増幅手段出力a2を平均化し、移動平均フィルタ72は振幅変動が大きいOFDM変調信号でも十分平均化されるよう時定数を調整する。なお、移動平均フィルタ72はパケット検出信号a6によってリセットされる。減算器73はフィルタ出力a72と収束目標値a74を減算し、減算結果は電力平均信号a7として自動利得制御増幅手段制御手段４へ出力される。
【００２６】
自動利得制御増幅手段制御手段４は、パケット検出信号a6とバースト検出信号a4と電力平均信号a7およびOFDM受信信号a1とからAGC制御信号a8を生成して自動利得制御増幅手段１へ出力する。その構成は図５に示すとおりであり、制御回路40，フリップフロップ（F/F）41，セレクタ42および加算器43から成る。AGC制御信号a8を制御回路40で求める側は応答が速いAGC回路を構成し、AGC制御信号a8を電力平均信号a7で求める側は応答が遅いAGC回路を構成する。
【００２７】
制御回路40は、バースト検出信号a4の検出タイミングでOFDM受信信号a1中のAGC用プリアンブル部分からAGC制御利得を算出すると共に、そのAGC制御利得をF/F41で保持するよう制御する。また、制御回路40は、バースト検出信号a4より一定時間経過後、応答が遅いAGC回路で得た演算結果をAGC演算に反映させるため、セレクタ42への入力をF/F出力a41側から加算器出力a42側に切り替える。
【００２８】
更に、制御回路40は、パケット検出信号a4から得る送信バイト数および送信レート情報により送信パケットの全長を求め、パケット終了時にはセレクタ42の極性およびF/F41に保持していた値を初期化する。
【００２９】
F/F41は、制御回路40から出力されるAGC制御利得を保持し、セレクタ42と加算器43に出力する。加算器43は、F/F41が保持しているAGC制御利得（F/F出力a41）と電力平均信号a7を加算して加算器出力a42をセレクタ42へ出力する。
【００３０】
セレクタ42は、制御回路40からのセレクト信号a40に応答して、F/F出力a41と加算器出力a42のいずれかをAGC制御信号a8として自動利得制御増幅手段１へ出力する。
【００３１】
このOFDM復調器の動作を図６に示すフローチャートを用いて説明する。OFDM受信信号待受けを開始前、応答速度が異なる２種類のAGC回路とバースト検出回路３が同時に動作を開始し（図６のステップS1）、OFDM受信信号a1の到来を待つ状態となる（ステップS2）。
【００３２】
バースト検出はバースト検出手段３によって同期用プリアンブルを用いて行われ、バースト検出信号a4はOFDM復調で必要なFFT Windowの制御に用いられる。バーストが検出されると（ステップS3）、自動利得制御増幅手段の利得は、速い応答のAGC回路で求めたAGC制御利得とされる（ステップS4）。AGC用プリアンブル部で求めた利得とすることにより、短時間に到来するパケット信号検出処理で特性が向上する利点がある。
【００３３】
初期のAGC制御利得が決定した後、すぐにパケット信号の検出を開始する。パケット信号の検出は、OFDM送信信号に含まれるヘッダを検出することにより行われる。相関によりバーストを検出したが一定時間内にヘッダを検出できなかった場合（ステップS5）、バースト検出自体が誤りであったと判断し、AGC処理は全てリセットされ（ステップS8）、再度AGC演算とバースト検出を行う。リセットの対象は、自動利得制御増幅手段制御手段４におけるF/F41およびセレクタ42と、OFDM信号電力平均手段７における移動平均フィルタ72である。
【００３４】
一方、一定時間内にヘッダが検出された場合（ステップS5）、送信バイト数および送信レート情報からパケット長を求める。パケット情報検出中も、収束が遅いAGC回路は引き続き演算を続ける。このとき、自動利得増幅手段制御手段４の出力は、先にAGC用プリアンブルで求めたAGC制御値が固定された状態であり、まだ応答の遅いAGC回路の影響は受けない（ステップS6）。
【００３５】
応答の遅いAGC回路であっても十分に収束可能な時間が経過した後（ステップS6）、AGC用プリアンブル部で求めた自動利得増幅手段制御手段出力の制御量と利得を固定した以降で生じた振幅変動分を加算することを許可し、バースト先頭からの振幅変動を補正し、パケット終了時刻まで遅い応答のAGC回路で得たAGC制御値で利得制御する（ステップS7）。求めたパケット長以上の時間経過後、上述のAGC処理はリセットされる（ステップS8）。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明によるOFDM復調器の一例を示すブロック図
【図２】図１における遅延手段２とバースト検出手段３の詳細ブロック図
【図３】図１におけるOFDM復調手段５の詳細ブロック図
【図４】図１におけるOFDM信号電力平均手段の詳細ブロック図
【図５】図１における自動利得増幅手段制御手段４の詳細ブロック図
【図６】本発明によるOFDM復調器の自動利得制御方法を示すフローチャート
【符号の説明】
【００３７】
１      自動利得制御増幅手段
２      遅延手段
３      バースト検出手段
４      自動利得制御増幅手段制御手段
５      OFDM復調手段
６      パケット信号検出手段
７      OFDM信号電力平均手段
21      シフトレジスタ
31      相関器
32      パワー変換器
33      比較器
40      制御回路
41      フリップフロップ
42      セレクタ
43      加算器
50      ウィンドウ制御回路
51      シフトレジスタ
52      ガードインターバル除去回路
53      直列並列変換回路
54      FFT回路
55      サブキャリア復調回路
56      並列直列変換回路
60      ヘッダ情報抽出回路
71      自乗回路
72      移動平均フィルタ
73      減算器
【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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【図６】
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