JPH04502541A - デジタル自動利得制御 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 デジタル自動利得制御 発明の分野 本発明は、デジタル自動利得（ゲイン）制御に関する。

さらに詳しくは、本発明は、限定されたダイナミック・レンジを有する受信機に おける、不連続信号に対する自動利得制御（ＡＧＣ）に間する。

背景技術 無線信号の受信における自動利得制御（ＡＧＣ）の概念は、よく理解されている が、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）信号の自動利得制御は陸上移動通信産業に 対して新しい問題を定義している。

ヨーロッパでの利用が考えられているセルラ・システムなどの広帯域ＴＤＭＡシ ステムにおいては、ＲＦチャンネルは、多くの時分割多重タイム・スロットのう ち特定のスロットにおいて、無線システムにアクセスしようとしている多くの加 入者の間で共有（時分割多重）されている。タイム・スロットは、周期的に繰り 返すフレームとして配置される。このため目的の無線通信は周期的に、不連続と なる、すなわち、他のタイム・スロット内に伝送される関係のない信号がはさみ 込まれる。（強度がまちまちの）関係のない信号は、目的の信号の利得制御に影 響を与えてはならない。このように周期的に不連続となるＴＤＭＡ信号の自動利 得制御を行うことは、極めて難しい問題である。

安価な、限られたダイナミック・レンジを有する受信機でデジタルＡＧＣを行お うとすることは、さらに難しい問題である。これらの信号は、陸上移動通信環境 においては１００ｄＢも変動する場合があるが、デジタル信号処理用の小さな８ ビツトのアナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）は４８ｄＢダイナミツク・レンジ に制限されるので、信号のゲインを受信機の限られたダイナミック・レンジ内に 維持するように制御する技術を開発しなければならない。さらに、４８ｄＢの装 置によって１００ｄＢの不連続信号を処理することも課題となる。さもなければ もつとダイナミック・レンジの広い非常に高価なＡ／Ｄを利用しなければならな くなる。

これらのＴＤＭＡ伝送システムのデジタル的な性質によって、利得制御に対する もう１つの問題が起きる。ガウス最小シフト・キーイング（Ｇ　Ｍ　Ｓ　Ｋ　− −Ｇａｕｓｓｉａｎｍｉｎｉｍｕｍ　５ｈｉｆｔ　ｋｅｙｉｎｇ）により、信号 の直交位相が変調されて、受信された信号の電力がさらに測定しに（くなり、直 交位相を１つずつ取り出してみても、受信信号電力に比例したものはない。

本発明は、このような問題点を克服し、以下に示すような利点を実現することを 目的とする。

発明の概要 本発明の実施例により、限られたダイナミック・レンジを有する受信機において 、特に不連続信号に対するデジタル自動利得制御（ＡＧＣ）の方法が提供される 。本方法は、受信され、自動利得制御された不連続信号のレベルを検出する段階 、自動利得制御された信号のレベルを受信機のダイナミック・レンジと比較する 段階およびＡＧＣを調整して、自動利得制御された信号とダイナミック・レンジ の限界との間に望ましい関係を確立する段階とから構成される。

またこのＡＧＣ方法を利用して、ＴＤＭＡセルラ型伝送システムにおける転送（ ＨＡＮＤ−ＯＦＦ）方法を提供する。

限られたダイナミック・レンジを有する受信機における不連続信号の自動利得制 御（ＡＧＣ）の方法は、さらに以下の段階から構成されることを特徴とする。受 信され自動利得制御された信号をデジタル化して、デジタル化されたサンプルを 電力サンプルに変換して、その信号の電力を検知しさらにそのレベルを検出する 段階、自動利得制御された信号のレベルを受信機のダイナミック・レンジと比較 する段階、そして信号が受信機のダイナミック・レンジ内にはいるまで漸進的に 減衰させるかあるいは、信号が受信機のダイナミック・レンジにはいるまで漸進 的にゲインを増輻することにより粗調整を行い、さらに受信された信号のＡＧＣ を微調整して、信号処理段階の全ダイナミック・レンジ（限られた範囲内であっ ても）の最適利用値が最大より６６ないし１２ｄＢ低くなり、自動利得制御され た信号とダイナミック・レンジの制限範囲との間に望ましい関係が確立される段 階から構成される。

図面の簡単な説明 以下の詳細な説明および添付の図面により、本発明の他の目的、特徴および利点 がさらに明確に理解され、本発明を好適な実施例において実行するための最適な 形態がご理解いただけるであろう。（ただしこれらは例であって、これに制限さ れるものではない）。

第１図は、本発明の簡単なブロック図である。

第２図は、本発明の好適な実施例の機能ブロック図である。

第３図は、本発明によるＡＧＣ過程である。

第４図は、本発明の他の実施例の簡単な図である。

発明の実施例 第１図は、本発明の簡単なブロック図である。ここにはデジタル直交成分受信機 が示されている。第１図に示されるのは、ＲＦ受信機部（ＩＦ）、同相および直 交位相を有する直交復調器（Ｉ／Ｑ）、アナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）、 デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）および自動利得制御（ＡＧＣ）を受信機部（ ＲＦ／ＩＦ）に対して行うデジタル−アナログ変換器（Ｄ／Ａ）が連続して示さ れている。

動作中は、受信機部（ＲＦ／ＩＦ）で信号が受信され、中間周波数およびゲイン に変換され、そして増幅される。

すなわち同相および直交成分に直交復調され（Ｉ／Ｑ）、限られたダイナミック ・レンジのアナログ−デジタル変換器でデジタル化され（Ａ／Ｄ）　、デジタル 信号プロセッサ（ＤＳＰ）で電力サンプルに変換され、信号のレベルが検出され る。デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）では、信号レベルは受信機のダイナミッ ク・レンジと比較されて、デジタル−アナログ変換器（Ｄ／Ａ）内でＡ　Ｇ　Ｃ ２！ｌ？調整されて自動利得制御された信号と受信機のダイナミック・レンジの 限界との間に望ましい関係が確立される。

もっと具体的にいえば、自動利得制御された信号の電力レベルがダイナミック・ レンジを制限されたステージにおける望ましい電力レベルと比較される。

第２図は、本発明の好適な実施例の機能ブロック図である。第２図では、ＲＦ受 信機部（ＲＦ／ＩＦ）；出力が低域濾波（ＬＰＦ）　される同相（Ｉ）と直交（ Ｑ）相ミキサを有する直交復調器（Ｉ／Ｑ）；直接メモリ・アクセス制御（ＤＭ Ａ）下の８ビ７トのアナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）、３ステート・ゲート 、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）および５６００１デジタル信号プロセ ッサ（５６００１ＤＳＰ）；および受信機部（ＲＦ／ＩＦ）に対して自動利得制 御（ＡＧＣ）を行うラッチング・デジタル−アナログ変換器（Ｄ／Ａ）が配列さ れている。このＧＭＳＫ受信機は、従来のＲＦステージから構成されることを特 徴として、ミキシングと濾波をおこない、Ｍｏｔｏｒｏｌａ製ＭＣ１３５０のよ うな従来のＡＧＣ型ＩＦ増幅器に１０゜７ＭＨｚのＩＦ傷信号供給する。ＩＦ増 幅器は、１０．７ＭＨｚの局部発振器、９０度移相器、１対のミキサおよび１対 の低域フィルタ（Ｌ　Ｐ　Ｆ）から構成される従来の工／Ｑ復調器に給電する。

ＲＣＡ製ＣＡ３３１８ＣＨのような８ビツトのフラッシュＡ／Ｄのダイナミック ・レンジは４８ｄＢとなり、受信機のダイナミック・レンジを制限する主な原因 となっている。信号の収集２信号レベルの検出およびＡ　Ｇ　Ｃ１ｌｔｌＪ御に はＭｏｔｏｒｏｌａ製の５６０００１デジタル信号プロセッサ（５６００１ＤＳ Ｐ＞が用いられる。５６００１ＤＳＰは、従来のクロ７りおよびタイミング回路 構成（図示せず）とプログラミング制御用のＲＯＭ（図示せず）とによってサポ ートされる。受信機部（ＩＦ）に対して自動利得制御（ＡＧＣ）を行うラッチン グ・デジタル−アナログ変換器（Ｄ／Ａ）としては、アナログ装置７５２８ＬＮ が適している。

受信機は各４．８ミリセカンドのフレームに８個のタイム・スロットを有するＴ ＤＭＡシステムで動作する；各直文相においては１３５キロビット／秒が伝送さ れる。動作中は、各タイム・スロットに対して、前回記憶されたＡＧＣ設定がメ モリ（ＲＡＭ）からデジタル信号プロセッサ（５６００１ＤＳＰ＞を通じて取り 出され（ＤＭＡ）　、デジタル−アナログ変換器（Ｄ／Ａ）に印加されて、受信 機部（ＲＦ／ＩＦ）に対して自動利得制御（ＡＧＣ）を行う。

受信された信号は、利得制御と直交変調が行われた後で、アナログ−デジタル変 換器（Ａ／Ｄ）によりデジタル化されて、１ビツト間隔で複数のサンプル対とな り、これらのサンプルは３ステート・ゲートの直接メモリ・アクセス制御（ＤＭ Ａ）のもとてメモリ　（ＲＡＭ）に記憶される。サンプルは、メモリ（ＲＡＭ） から取り出されて、５６００ＩＤＳＰで、Ｎ個の対（好適な実施例においては３ ２ないし１２８個の対）を合計してＱ値とＴ値とをめ、Ｑ値と１値の２乗の合計 の平方根をとることにより電力サンプルに変換される。この平方根は、受信され た信号の平均電力に比例する（１対から得た瞬間的な電力サンプルは、受信信号 の強度にばらつきがあるために、信頼性をもってめることができない）。電力サ ンプルを得るための好適な他の方法としては、Ｑ値とＩ値との２乗を単に合計す る方法を用いることもできる。

ここでももっと具体的にいうと、自動利得制御された信号の電力レベルが、ダイ ナミック・レンジを制限されているステージにおける望ましい電力レベルと比較 される。このため、８ビツト・アナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ＞の短期の飽 和を防ぐために、ＡＧＣによって自動利得制御された信号のレベルを確立して、 Ａ／Ｄの最大出力よりも約６ないし１２ｄＢ（好適な実施例では９ｄＢ）低い公 称レベル（ｎｏｍｉｎａｌ　１ｅｖｅｌ）に維持することが望ましい。

第３図は、本発明によるＡＧＣ制御過程の図である。

基本的な過程は、以下で構成される。

受信され、自動利得制御された不連続信号のレベルを検出する段階。

自動利得制御された信号のレベルを受信機のダイナミック・レンジと比較する段 階、および ＡＧＣを調整して自動利得制御された信号とダイナミック・レンジの限界との間 に望ましい関係を確立する段階。

上記で測定された平均電力を、認ましい公称レベル（すなわち９ｄＢ、以下では Ｏｄｂ基準値として示す）を表す電力レベルから減じて、電力誤差をめる。ここ でめられた電力誤差はさらに全体的なループ・ゲイン特性を補正する調整によっ て分解されて、ＡＧＣ誤差（ＡＧＣＥ）が得られる。ＡＧＣ誤差（ＡＧＣＥ）が 全出力以内の輻（９ｄＢ）の中にあれば、通常のＡＧＣ設定（濾波されたＡＧＣ 数−ＦＡＧＣＮ）が誤差（ＡＧＣＥ）の量により微調整される。誤差がその輻（ ９ｄＢ）　よりは大きく、しかしＡ／Ｄのダイナミック・レンジ内にある（４８ ｄＢ−９ｄＢ＝３９ｄＢ）ときは、誤差（ＡＧＣＥ）とその輻よりも多少大きな 値（９ｄＢ＋ｌ　ｄＢ＝１０ｄＢ）の量で調整する。

もし誤差がＡ／Ｄのダイナミック・レンジ以下であれば、ダイナミック・レンジ の量（４８ｄＢ＞により粗調整を行う。すなわち、もし誤差がダイナミック・レ ンジよりも大きければ、輻よりも多少大きな値（９ｄＢ＋１　ｄＢ＝１０ｄＢ） で調整する。最後に、この誤差の計算と、前回のゲイン設定（ＦＡＧＣＮ）がデ ジタルに回帰する無限インパルス応答低域フィルタ（当業者には既知である）の 入力となり、新しい濾波ＡＧＣ数（ＦＡＧＣＮ）が導かれる。このように、信号 はＡ／Ｄのダイナミック・レンジ内にはいるまで漸進的にゲイン増幅（またはゲ イン減衰）され、Ａ／Ｄの全（限られてはいても）ダイナミック・レンジの最適 利用（適切な幅で）が実現されるまでさらに増幅（または減衰）される。複数の ＴＤＭタイム・スロットに対するこれらのさまざまな近似計算の結果は、メモリ 　（ＲＡＭ）に記憶されて、個別の信号を再開したいときに、ＡＧＣ制御を再開 させるために用いられる。

さらに、このさまざまなゲイン計算の結果は実際に受信された信号強度を表して いる（全体のループ・ゲイン特性は適当に補正されて）ので、これらのゲイン判 定を伝送局に報告して、受信機のダイナミック・レンジを最適に利用できる伝送 ゲイン・レベルを決めることができ、それによっでシステム、特にセルラ・シス テムにおいてスペクトルの効率と周波数の再利用を増大させることができる。さ らに、セルラ型システムにおいては、信号強度（ゲイン判定）を受信機により伝 送局に報告して、ＡＧＣ調整が特定の閾値と交差する場合は伝送を転送すること ができる。また、隣接セル（タイム・スロット）の信号強度（ＡＧＣレベル）を 判定して評価することにより、転送が容易になる。

第４図は、本発明のもう１つの実施例である。ここに示すのは、電力平均化回路 と比較器を利用して、上述した第３図の制御過程を実行する自動利得制御のアナ ログ装置である。電力平均化回路は、関連技術の当業者にはよく知られており、 上述した制御過程に合わせて簡単に適用することができる。

以上、限られたダイナミック・レンジを有する受信機において、特に不連続信号 に対するデジタル自動利得制御（ＡＧＣ）方法を提供した。本方法は、受信され 自動利得制御された不連続信号のレベルを検出する段階、自動利得制御された信 号のレベルを受信機のダイナミック・レンジに比較する段階およびＡＧＣを調整 して自動利得制御された信号とダイナミック・レンジの限界との間に望ましい関 係を確立する段階とによって構成される。また、このＡＧＣ制御方法を利用して 、ＴＤＭＡセルラ型伝送システムにおいて転送する方法をも提供した。

限られたダイナミック・レンジを有する受信機において不連続信号を自動利得制 御（ＡＧＣ）する方法は、さらに以下の段階から構成されることを特徴とする。

すなわち、受信され自動利得制御された不連続信号をデジタル化して、デジタル 化されたサンプルを電力サンプルに変換し信号の電力を検知し、そのレベルを検 出する段階、自動利得制御された信号のレベルを受信機のダイナミック・レンジ に比較する段階、および信号が受信機のダイナミック・レンジ内にはいるまで漸 進的に減衰するあるいは受信機の限られたダイナミック・レンジにはいるまで漸 進的にゲイン奪増幅することにより粗調整を行い、さらに受信された信号のＡＧ Ｃを微調整して信号処理ステージの全ダイナミック・レンジ（限られてはいても ）の最適利用値が最大感度よりも約６ないし１２ｄＢ低くなり自動利得制御され た信号とダイナミック・レンジの限界との間に望ましい関係が確立される段階か ら構成される。

本発明の好適な実施例を解説、図示してきたが、本発明の変形や修正が可能であ ることは、当業者であればご理解いただけよう。たとえば、本発明はＴＤＭＡ陸 上移動通信システムに限らず、ＡＭ、ＦＭまたはテレビ信号などを含むデジタル 信号およびアナログ信号のＡＧＣにも適用することができる。

ここでは、Ａ／Ｄが受信機のダイナミック・レンジに対して最大の制約となるこ とが前提とされている。しかし、本発明は受信機のダイナミック・レンジに対し て最も太きな制約となる特定のステージに限らず、同様に適用することができる 。従って、受信機の限られたダイナミック・レンジの観点から議論が行われてい る。

これらの、また他のすべての変形や適用は、添付された請求項の範囲に入るもの とする。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．受信機内で自動利得制御を行う方法であって：特定のダイナミック・レンジ 内で、複雑に変調された信号をデジタル化する段階； 前記デジタル化された信号内の複合電力を判定する段階；および 判定された複合電力に応答して信号の利得制御を行い、信号をダイナミック・レ ンジ内におさめて飽和とノイズの量子化とを小さくする段階； から構成されることを特徴とする方法。
2. ２．ゲイン・レベルに関する指示が受信機により伝送局に報告され、受信機のダ イナミック・レンジを有効に利用する伝送レベルを確立するところの、請求項１ 記載の方法。
3. ３．ダイン・レベルに関する指示が受信機により伝送局に報告されて、セルラ型 システムにおける転送の判定を容易にするところの、請求項１記載の方法。
4. ４．このような指示が特定の閾値を越えたときに、セルラ型システムにおける伝 送を転送することからさらに構成されることを特徴とする、請求項３記載の方法 。
5. ５．セルラ型システム内の他のチャンネルの信号レベルが評価されて、転送の判 定を容易にするところの、請求項１記載の方法。
6. ６．信号がＴＤＭ通信のタイム・スロット内の不連続信号から構成されているこ とを特徴とする請求項１記載の方法。
7. ７．このような不連続状態が休止した場合に、直前のゲイン・レベル付近で利得 制御を再開する段階からさらに構成されるところの、請求項６記載の方法。
8. ８．受信機内で自動利得制御を行う装置であって：特定のダイナミック・レンジ 内で、複雑に変調された信号をデジタル化する手段； 前記デジタル化された信号内の複合電力を判定する手段；および 判定された複合電力に応答して信号の利得制御を行い、信号をダイナミック・レ ンジ内におさめて、飽和とノイズの量子化とを小さくする手段； が機能的に連続して結合されている装置。
9. ９．自動利得制御を行う装置であって：複雑に変調され、利得制御された信号を デジタル化する手段； 前記デジタル化された信号内の複合電力を判定する手段；および 判定された複合電力に応答して、信号の帰還利得制御を行い、信号をダイナミッ ク・レンジ内におさめて、飽和とノイズの量子化とを小さくする手段； が機能的に連続して結合されている装置。
10. １０．利得制御を行う手段と機能的に結合し、再開した信号の不連続が休止した 場合に、直前のゲイン・レベル付近で利得制御を再開する手段とからさらに構成 されるところの、請求項９記載の装置。