(57)【要約】      （修正有）【課題】短時間で入力信号の振幅値を目標値に調整することができる自動利得制御装置を提供する。【解決手段】入力信号を増幅または減衰して出力する信号振幅調整手段１と、信号振幅調整手段１の出力信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段２の出力に基づき利得または減衰値を決定する信号処理手段１０とを備える。信号処理手段１０は、信号振幅調整手段１に設定した過去の直近の複数個の利得または減衰値と、アナログデジタル変換手段２の出力信号の振幅値を検出する信号振幅検出手段３により検出された振幅値を時間平均した振幅代表値を入力し、振幅代表値を所定期間より短い更新周期で補正する平均値計算・補正手段１１と、平均値計算・補正手段１１の出力に応じて利得または減衰値を決定する利得または減衰値決定手段６とを備える。【選択図】図１
2012209875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号の振幅を増幅または減衰して出力する信号振幅調整手段と、
前記信号振幅調整手段の出力信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段と、
前記アナログデジタル変換手段の出力に基づき前記信号振幅調整手段に設定する利得または減衰値を決定し、前記信号振幅調整手段の出力信号の振幅を所定の範囲内に維持する信号処理手段と
を備えた自動利得制御装置において、
前記信号処理手段は、
前記信号振幅調整手段に設定した過去の直近の複数個の利得または減衰値を記憶する利得または減衰値記憶手段と、
前記アナログデジタル変換手段の出力から前記信号振幅調整手段の出力信号の振幅値を検出する信号振幅検出手段と、
前記信号振幅検出手段により検出された振幅値を所定期間内で時間平均した振幅代表値を計算し、さらに前記利得または減衰値記憶手段から直近の複数個の利得または減衰値を入力し、振幅代表値を前記所定期間より短い更新周期で補正する平均値計算・補正手段と、
前記平均値計算・補正手段の出力に応じて、前記信号振幅検出手段に設定する利得または減衰値を決定する利得または減衰値決定手段と
を備えたことを特徴とする自動利得制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の自動利得制御装置において、
前記平均値計算・補正手段は、前記所定期間内で時間平均した振幅代表値を、現在の時点で時間平均した振幅値を用いて再帰的に計算する構成である
ことを特徴とする自動利得制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力信号の振幅を再帰的に増幅あるいは減衰させ、目標とする振幅値の近傍となるよう調整して後続の信号処理装置に出力する自動利得制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９は、従来の自動利得制御装置の構成例を示す（引用文献１，２）。
図９において、入力信号ｘ(t) は、フィードバック制御された信号振幅調整手段１で増幅または減衰し、Ａ／Ｄ変換器２を介して後段の信号処理回路にデジタル信号ｙd(n)として出力される（ｎはインデックス）。フィードバック制御では、Ａ／Ｄ変換器２の出力信号ｙd(n)を信号振幅検出部３に入力して振幅値を検出し、振幅値記憶部４に記憶した一定期間の振幅値から平均値計算部５で振幅平均値を計算し、利得または減衰値決定部６で振幅平均値と目標値との差を所定値以下とする利得または減衰値ａd(n)を計算し、Ｄ／Ａ変換器７でアナログ信号の利得または減衰値ａ(n) に変換して信号振幅調整手段１を連続制御する。
【０００３】
ここで、信号振幅調整手段１を通過した信号をｘ(t)ａ(n)とし、Ａ／Ｄ変換器２から出力されるデジタル信号ｙd(n)をｘd(n)ａd(n)とし、その振幅値Ｐd(n)をある一定期間で平均化した値を「振幅平均値Ｐd(n)」という。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３３１４７２３号公報
【特許文献２】特許第３７９３４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１０は、従来の自動利得制御装置の制御シーケンスを示す。
図１０において、横軸はインデックスｎ、縦軸は振幅平均値Ｐd(n)を示す。フィードバック制御で用いる振幅平均値には、信号振幅調整手段１に直近に設定した利得または減衰値の効果を忠実に反映させる必要がある。このため振幅平均値を取得する期間内は、設定する利得または減衰値を一定としなければならない。図１０では、信号振幅調整手段１に設定する利得または減衰値ａ(n) を、Ａ／Ｄ変換器２のサンプル周期にしてＮサンプルごとに更新する例を表す。同時に信号振幅の平均区間もＮサンプルである。このＮサンプル中は利得または減衰値ａ(n) は一定である。このため、再帰的に利得または減衰値ａ(n) を更新する際に、更新周期が長くなり（図１０の場合はＮサンプル) 、調整終了までの時間が長くなる問題があった。
【０００６】
本発明は、信号振幅調整手段に設定する利得または減衰値の調整期間を短縮し、短時間で入力信号の振幅値を目標値に調整する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】
【０００７】
本発明は、入力信号の振幅を増幅または減衰して出力する信号振幅調整手段と、信号振幅調整手段の出力信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段と、アナログデジタル変換手段の出力に基づき信号振幅調整手段に設定する利得または減衰値を決定し、信号振幅調整手段の出力信号の振幅を所定の範囲内に維持する信号処理手段とを備えた自動利得制御装置において、信号処理手段は、信号振幅調整手段に設定した過去の直近の複数個の利得または減衰値を記憶する利得または減衰値記憶手段と、アナログデジタル変換手段の出力から信号振幅調整手段の出力信号の振幅値を検出する信号振幅検出手段と、信号振幅検出手段により検出された振幅値を所定期間内で時間平均した振幅代表値を計算し、さらに利得または減衰値記憶手段から直近の複数個の利得または減衰値を入力し、振幅代表値を所定期間より短い更新周期で補正する平均値計算・補正手段と、平均値計算・補正手段の出力に応じて、信号振幅検出手段に設定する利得または減衰値を決定する利得または減衰値決定手段とを備える。
【０００８】
また、平均値計算・補正手段は、所定期間内で時間平均した振幅代表値を、現在の時点で時間平均した振幅値を用いて再帰的に計算する構成である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、利得または減衰値の調整周期を信号振幅の時間平均する周期より短くすることにより、信号振幅調整期間を短縮し、短時間で入力信号の振幅レベルを目標値に制御することができる。これにより、無線通信などのデータ通信において、データ以外の部分（例えばプリアンブル）に要する時間を削減し、データ通信の遅延時間を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の自動利得制御装置の構成例を示す図である。
【図２】実施例１の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】実施例１の動作例を示すタイムチャートである。
【図４】実施例１の利得または減衰値ａd(n)の計算例を示す図である。
【図５】実施例１および従来例の利得または減衰値ａd(n)の計算例を示す図である。
【図６】実施例２の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】実施例２の利得または減衰値ａd(n)の計算例を示す図である。
【図８】実施例２および従来例の利得または減衰値ａd(n)の計算例を示す図である。
【図９】従来の自動利得制御装置の構成例を示す図である。
【図１０】従来の自動利得制御装置の動作例を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明の自動利得制御装置の構成例を示す。
図１において、自動利得制御装置は、入力信号ｘ(t) を増幅または減衰する信号振幅調整手段１、信号振幅調整手段１の出力信号ｘ(t)ａ(n)をデジタル信号ｘd(n)ａd(n)に変換するＡ／Ｄ変換器２、デジタル信号ｘd(n)ａd(n)を入力して信号振幅調整手段１に設定する利得または減衰値ａ(n) を出力する信号処理手段１０から構成される。信号処理手段１０は、図９に示す従来構成と同様の信号振幅検出部３、振幅値記憶部４、利得または減衰値決定部６、Ｄ／Ａ変換器７を備え、さらに平均値計算・補正部１１、利得または減衰値記憶部１２を備える。
【００１２】
入力信号ｘ(t) は時間ｔの関数である。ｘd(n)は、入力信号ｘ(t) を一定周期でサンプリングしてＡ／Ｄ変換した値（ｎはインデックス) を示す。ａ(n) は、インデックスｎで表現される時点での信号振幅調整手段１の利得または減衰値を示す。ｙd(n)は、入力信号ｘ(t) を利得または減衰値ａ(n) で振幅調整した信号ｘ(t)ａ(n)をＡ／Ｄ変換した出力信号を示すが、ａ(n) をＡ／Ｄ変換した値をａd(n)とすると、近似的にｘd(n)ａd(n)と表すことができる。信号振幅検出部３は、ｙd(n)（＝ｘd(n)ａd(n)）の振幅値Ｐd(n)を検出する。振幅値記憶部４は、直近の振幅値Ｐd(n)を所定数分だけ記憶し、要求に応じて出力する。利得または減衰値記憶部１２は、利得または減衰値決定部６で得られた直近の所定数の利得または減衰値ａd(n)を記憶し、要求に応じて出力する。
【００１３】
平均値計算・補正部１１は、振幅値記憶部４から読み出した振幅値Ｐd(n)を過去の連続した一定サンプル数で平均化し、利得または減衰値記憶手段１２から読み出した利得または減衰値ａd(n)に基づいて、平均期間中の利得または減衰値ａd(n)の変動を加味して補正を加えた振幅平均値Ｐd(n)を計算し、利得または減衰値決定部６に出力する。利得または減衰値決定部６は、現在の振幅平均値Ｐd(n)から、次回の利得または減衰値を計算して出力する。
【００１４】
上記のｘd(n)、ｙd(n)、利得または減衰値ａd(n)、振幅値Ｐd(n)、振幅平均値Ｐd(n)の関係を以下に定義する。
【００１５】
【数１】
2012209875.tif 000003
【００１６】
ここで、関数ｆ(s) は信号振幅検出部３において入力信号のサンプル値ｘd(n)ａd(n)の絶対値｜ｘd(n)ａd(n)｜を振幅値Ｐd(n)に変換する関数を表す。ｆ(s) はその定義領域ｓ≧0 において単調増加関数であり、式(4) 及び式(5) 中のｆ-1(s) はその逆関数を表す。また、Ｎは振幅値を平均化する期間中のＡ／Ｄ変換の総サンプル数を示す。信号処理手段１０では、振幅値の系列｛Ｐd(k)｝と、利得または減衰値の系列｛ａd(k)｝とから、所定期間中の振幅平均値Ｐd(n)を式(5) に従って計算し、その結果をもとに利得または減衰値を決定する。
【００１７】
前記関数ｆ(x) が瞬時電力を表す関数
ｆ(x) ＝ｘ2       …(6) 
である場合、現在の振幅平均値Ｐd(n-1)および利得または減衰値ａd(n-1)から次回の利得または減衰値ａd(n)を決定するための演算式を以下に定義する。
【００１８】
【数２】
2012209875.tif 000004
【００１９】
ここで、γはダンピングファクタであり、｜１−γ｜＜１を満たす任意の定数とする。またＰtgは、利得または減衰値の決定に際し、目標とする振幅の平均値である。利得または減衰値を決定するためのフローチャートを図２に示す。また、前記フローチャート実行時の、振幅平均値Ｐd(n)の時間変化の様子をタイミングチャートとして図３に示す。サンプル開始から数えてＮ＋１番目のサンプルから、毎サンプル、式(7) に従い、利得または減衰値ａd(n)を更新し、条件
【数３】
2012209875.tif 000005
を満たした段階で更新を終了する。ここで、αおよびβは振幅平均値Ｐd(n-1)がどれだけＰtgに近いかを判断するための指標である。両者とも１に近い値とする。
【００２０】
図３に示したｈは１以上の任意の整数をとりうる。しかし、高速に利得または減衰値を収束させたい場合はｈ＝１とすることができる。図３の例では、利得または減衰値の更新を開始してから３回で収束を完了している。この場合、収束完了までサンプル数は信号振幅の平均時間を含めるとＮ＋３ｈとなる。一方、従来例のように、利得または減衰値を更新するごとに、新たな信号振幅の平均計算を行う場合は、収束完了までのサンプル数は３（Ｎ＋ｈ）となる。本実施例と比べると、Ｎ>>ｈの場合、Ｎ＋３ｈ<<３（Ｎ＋ｈ）となるため、本実施例では収束完了までのサンプル数を大幅に削減することができる。
【００２１】
図４は、利得または減衰値ａd(n)の計算例を示す。ここでは、利得または減衰値ａd(n)と、振幅平均値Ｐd(n)のサンプルインデックスｎに対する推移を示す。本計算例に用いた各種パラメータを表１に示す。開始から９サンプル目ｎ＝41にて式(8) を満たし終了していることがわかる。
【００２２】
【表１】
2012209875.tif 000006
【００２３】
本発明の効果を示すため、図４の計算例を従来例のそれと比較して図５に示す。従来例では表１と同一のパラメータを用いて計算した。従来例では、破線で示すように、信号振幅の平均周期Ｎ＝32ごとでしか利得および減衰値ａd(n)を更新できないため、終了までのサンプル数が多くなっている。図５では、本実施例の場合ｎ＝41で終了するのに対し、従来例の場合、ｎ＝320 でようやく終了となる。このように、本実施例では終了までの時間を短縮でき、通信のオーバヘッドを小さくすることで伝送遅延時間を短くすることができる。
【実施例２】
【００２４】
実施例２の自動利得制御装置は、図１に示す実施例１の自動利得制御装置の構成例において、振幅の指標を表す関数ｆ(x) とそれに付随した利得または減衰値の演算方法が異なる。
【００２５】
上記のｘd(n)、ｙd(n)、利得または減衰値ａd(n)、振幅値Ｐd(n)、振幅平均値Ｐd(n)の関係は、実施例１の式(1) ，(2) ，(3) ，(4) ，(5) により定義する。
【００２６】
この定義における関数ｆ(x) が、瞬時電力のデシベル値を表す関数
ｆ(x) ＝10 log10(ｘ2)    …(9) 
である場合、現在の振幅平均値Ｐd(n-1)および利得または減衰値ａd(n-1)から次回の利得または減衰値ａd(n)を決定するための演算式を以下に定義する。
【００２７】
【数４】
2012209875.tif 000007
【００２８】
ここで、γはダンピングファクタであり、｜１−γ｜＜１を満たす任意の定数とする。またＰtgは、利得または減衰値の決定に際し、目標とする振幅の平均値である。利得または減衰値を決定するためのフローチャートを図６に示す。サンプル開始から数えてＮ＋１番目のサンプルから、毎サンプル、式(10)に従い、利得または減衰値ａd(n)を更新し、条件
【数５】
2012209875.tif 000008
を満たした段階で更新を終了する。ここで、αは振幅平均値Ｐd(n-1)がどれだけＰtgに近いかを判断するための指標であり、０に近い値とする。
【００２９】
図７は、利得または減衰値ａd(n)の計算例を示す。ここでは、利得または減衰値ａd(n)のデシベル値、20log10(ａd(n)) と信号振幅の平均値のサンプルインデックスｎに対する推移を示している。本計算例に用いた各種パラメータを表２に示す。開始から５サンプル目ｎ＝37にて式(11)を満たし終了していることがわかる。
【００３０】
【表２】
2012209875.tif 000009
【００３１】
本発明の効果を示すため、図７の計算例を従来例のそれと比較して図８に示す。従来例では表２と同一のパラメータを用いて計算した。従来例では、破線で示すように、信号振幅の平均周期Ｎ＝32ごとでしか利得または減衰値ａd(n)を更新できないため、終了までのサンプル数が多くなっている。図８では、本実施例の場合ｎ＝37で終了するのに対し、従来例の場合、ｎ＝192 でようやく終了となる。このように、本実施例では終了までの時間を短縮でき、通信のオーバヘッドを小さくすることで伝送遅延時間を短くすることができる。
【実施例３】
【００３２】
実施例３の自動利得制御装置は、図１に示す実施例１の自動利得制御装置の構成例において、振幅平均値Ｐd(n)の計算方法が異なる。
【００３３】
上記のｘd(n)、ｙd(n)、利得または減衰値ａd(n)、振幅値Ｐd(n)、振幅平均値Ｐd(n)の関係は、実施例１の式(1) ，(2) ，(3) ，(4) ，(5) により定義する。
【００３４】
また、単調増加関数ｆ(x) をｆ(x) ＝ｘ2 で定義し、実施例１と同一の手法、すなわち式(7) に従い、現在の振幅平均値Ｐd(n-1)および利得または減衰値ａd(n-1)から次回の利得または減衰値ａd(n)を決定する。実施例１では次回の振幅平均値Ｐd(n)を式(3) により求めるが、本実施例では演算数を削減するため以下の演算式を用いる。
【００３５】
【数６】
2012209875.tif 000010
【００３６】
実施例１において振幅平均値Ｐd(n)の演算に必要な積和演算回数はＮに対し表３の第２，３列のようになる。一方、本実施例の式(12)による場合、積和演算数は表３の第４，５列のようになり、演算数を削減できるため、消費エネルギを削減することができる。
【００３７】
【表３】
2012209875.tif 000011
【実施例４】
【００３８】
実施例４の自動利得制御装置は、実施例２における振幅平均値Ｐd(n)の計算方法が異なる。
【００３９】
単調増加関数ｆ(x) をｆ(x) ＝20 log10ｘで定義し、実施例２と同一の手法、すなわち式(10)に従い、現在の振幅平均値Ｐd(n-1)および利得または減衰値ａd(n-1)から次回の利得または減衰値ａd(n)を決定する。実施例２では次回の振幅平均値Ｐd(n)を式(3) により求めるが、本実施例では演算数を削減するため以下の演算式を用いる。
【００４０】
【数７】
2012209875.tif 000012
【００４１】
実施例２において振幅平均値Ｐd(n)の演算に必要な積和演算回数はＮに対し表４の第２，３，４列のようになる。一方、本実施例の式(13)による場合、関数ｆ(x) 、乗除、及び和の演算回数は表４の第５，６，７列のようになり演算数を削減できる。このため消費エネルギを削減することができる。
【００４２】
【表４】
2012209875.tif 000013
【符号の説明】
【００４３】
１    信号振幅調整手段
２    Ａ／Ｄ変換器
３    信号振幅検出部
４    振幅値記憶部
５    平均値計算部
６    利得または減衰値決定部
７    Ｄ／Ａ変換器
１０  信号処理手段
１１  平均値計算・補正部
１２  利得または減衰値記憶部
【図１】
2012209875.tif 000014
【図２】
2012209875.tif 000015
【図３】
2012209875.tif 000016
【図４】
2012209875.tif 000017
【図５】
2012209875.tif 000018
【図６】
2012209875.tif 000019
【図７】
2012209875.tif 000020
【図８】
2012209875.tif 000021
【図９】
2012209875.tif 000022
【図１０】
2012209875.tif 000023