JPH09266422A - 自動利得制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 入力信号のレベルを目標レベルに速やかにか
つスムーズに収束させる。 【解決手段】 入力信号のレベルを調整する利得制御ア
ンプ１１と、このアンプ１１の利得を制御する利得制御
手段１３, １４, １５, １８, １９と、この利得制御手
段に可変の係数を加えて入力信号のレベル変動に対する
追従性を調整する係数制御回路２０とを備えてなる。係
数として、立ち上げ時に対応した追従性が最速の初期値
β(1) と、通常受信時に対応した安定性の高い収束値β
(n) とを設定し、この係数を初期値β(1) から単調変化
させて一定時間経過後に収束値β(n) に収束させる。時
間の経過と共に動作時間τ(i) を長く、係数値β(i) を
小さくする。これにより、当初は入力信号のレベルを目
標レベルまで速やかに追従させ、その後緩やかにかつム
ーズに収束させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は受信信号のレベルを
自動的に最適状態に保つ自動利得制御回路に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】ディジタル信号処理を行う受信機では、
受信信号のレベルを最適に保つために、自動利得制御回
路が用いられる。特に、ディジタル移動通信の端末にお
いては、平均受信電力のダイナミックレンジは７０ｄＢ
以上にもおよび、さらにこれにフェージングによる瞬時
的なレベル変動が加わるため、自動利得制御回路による
受信信号レベルの制御は重要である。

【０００３】従来の自動利得制御回路としては図２に示
すような構成のものが知られている。図において、アナ
ログの受信信号r(t)は、まず利得制御アンプ１で増幅さ
れた後、ＡＤ変換器２でディジタル受信信号r(n)に変換
される。ここで、n はサンプリング時刻を示す。r(n)は
そのまま復調処理部（図示せず）に入力されると同時
に、平均電力計算部３にも入力される。この平均電力計
算部３において受信信号r(n)の平均電力Ld(n) が計算さ
れた後、減算器４において目標電力Ｌr との誤差電力Δ
Ｌが計算される。誤差電力ΔＬには乗算器５で後述する
係数βが乗ぜられ、加算器６とレジスタ７とからなる積
分器で積分される。この積分器の出力Ｍ(n) がＤＡ変換
器８において電圧に変換され、利得制御アンプ１の制御
電圧Ｖ_AGCとして出力される。

【０００４】この自動利得制御回路はフィードバック系
を構成しており、ループの動作時定数は係数βの値によ
って決定される。即ち、係数βが大きければ、時定数は
小さくなって受信信号のレベル変動に対する追従性がよ
くなり、その結果、制御値が振動して不安定となる。こ
れに対して係数βが小さければ、時定数は大きくなって
受信信号のレベル変動に対する追従性が悪くなり、安定
する。このように、制御ループの追従性と安定性とはト
レードオフの関係にあり、通信端末立ち上げ時のように
追従性を優先させる場合には係数βの値を大きくし、通
常の受信動作時のように安定性を優先させる場合には係
数βの値を小さくする。この係数βを所定値に設定し、
その値を用いて前記制御を行うようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の自動利得制御回路では、通信端末を立ち上げて自動
利得制御回路の制御を開始する際には、前述したように
フェージングの影響等によって受信レベルが大きく変動
することがある。この場合において、係数βの値を大き
く設定しておくと、制御値が振動して適切な値に収束さ
せることができないおそれがある。逆に係数βの値を小
さく設定しておくと、フェージングによるレベル変動に
不必要に反応することは避けられるが、収束が遅くなる
という問題点がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に第１の発明は、入力信号のレベルを調整する利得可変
の増幅手段と、この増幅手段の利得を制御する利得制御
手段と、この利得制御手段に可変の係数を加えて入力信
号のレベル変動に対する追従性を調整する係数制御手段
とを備えてなり、前記係数として、立ち上げ時に対応し
た追従性が最速の初期値と、通常の受信時に対応した安
定性の高い収束値とを設定し、この係数を、立ち上げ時
からの時間が進むにつれて前記初期値から単調変化させ
て一定時間経過後に前記収束値に収束するように制御す
ることを特徴とする。

【０００７】これにより、立ち上げ時に前記初期値の係
数を用いることで、時定数が小さくなり、入力信号のレ
ベルを目標レベル近くまで速やかに追従させる。その
後、立ち上げ時からの時間が進むにつれて、係数を前記
収束値に近づけて時定数を次第に大きくし、入力信号の
レベルを目標レベルに収束させていく。

【０００８】第２の発明では、前記係数として単調変化
した複数の値を用い、立ち上げ時からの時間が進むにつ
れて、各係数値で動作する時間を大きくすることを特徴
とする。

【０００９】このように、立ち上げ時からの時間が進む
につれて、各係数値で動作する時間を大きくすること
で、係数値が前記初期値から、始めは急激に、その後次
第に緩やかに変化して前記収束値に収束する。これによ
り、入力信号のレベルは、立ち上げ時に目標レベルまで
速やかに追従し、その後、前記係数値が前記収束値に収
束するに従って、目標レベルにスムーズに収束してい
く。

【００１０】第３の発明では、立ち上げ時からの時間が
進むにつれて前記係数の変化量を小さくする係数制御
と、立ち上げ時からの時間が進むにつれて各係数値で動
作する時間の変化量を大きくする時間制御の一方又は両
方を行うことを特徴とする。

【００１１】このように、立ち上げ時からの時間が進む
につれて、係数の変化量を、例えば直前の係数の半分に
していくように、次第に小さくし、各係数値で動作する
時間を、例えば直前の時間の２倍にしていくように、次
第に大きくすることで、係数値を前記初期値から前記収
束値まで、より速やかにかつスムーズに収束させること
ができる。これにより、入力信号のレベルは、目標レベ
ルまでより速やかに追従してスムーズに収束していく。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施形態を添
付図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係る自
動利得制御回路の構成を示すブロック図、図３は係数制
御回路を示すブロック図、図４は係数制御回路での係数
値及び動作時間の制御パターンを示すグラフである。

【００１３】本実施形態に係る自動利得制御回路の全体
構成は前記従来の自動利得制御回路とほぼ同様である。
具体的には図１に示すように、不規則に変動する受信信
号のレベルを一定値に調整する利得可変の増幅手段とし
ての利得制御アンプ１１と、この利得制御アンプ１１か
ら出力されたアナログ信号をディジタル信号に変換する
ＡＤ変換器１２と、このＡＤ変換器１２からの出力信号
の電力の平均値を計算する平均電力計算部１３と、この
平均電力計算部１３で算出した平均電力と予め設定され
た目標電力との差分を取って目標電力Ｌr との誤差電力
ΔＬを計算する減算器１４と、この減算器１４で算出さ
れた誤差電力ΔＬと後述する係数制御回路２０からの係
数β(i) とを乗算する乗算器１５と、加算器１６及びレ
ジスタ１７からなり乗算器１５からの出力値ΔＭ(n) を
積分する積分器１８と、この積分器１８からディジタル
の出力値Ｍ(n) をアナログの信号に変換するＤＡ変換器
１９とを備えて構成されている。ＤＡ変換器１９からの
出力信号は、利得制御アンプ１１を制御する利得制御電
圧Ｖ_AGC として利得制御アンプ１１に出力される。そし
て、前記平均電力計算部１３、減算器１４、乗算器１
５、ＤＡ変換器１８及びＤＡ変換器１９で、利得制御ア
ンプ１１の利得を制御する利得制御手段が構成されてい
る。

【００１４】前記乗算器１５において減算器１４からの
誤差電力ΔＬと乗ぜられる係数β(i) は係数制御回路２
０から出力される。この係数β(i) は、前記利得制御手
段に加えられることで、この利得制御手段の時定数を変
化させて入力信号のレベル変動に対する追従性を調整す
るためのものである。係数制御回路２０は、図３に示す
ように主に、タイマ２１とアドレス発生部２２と係数メ
モリ２３とから構成されている。

【００１５】タイマ２１は、通信端末の立ち上げによっ
てリセットされてカウントを開始し、カウント信号をア
ドレス発生部２２に出力するようになっている。

【００１６】アドレス発生部２２には、動作時間τ(1)
からτ(n) までが格納されている。この動作時間τ(i)
（ｉ＝１, ２, …, ｎ）は、その間だけそれぞれに対応
する係数β(i) （ｉは前記τ(i) に対応したもので、ｉ
＝１, ２, …, ｎ）を乗算器１５に出力するように設定
された時間である。

【００１７】動作時間τ(1) からτ(n) は、それぞれ任
意に設定できるようになっており、τ( ｊ-1) ＜τ(
ｊ) （ｊ＝２, ３, …, ｎ）の関係が成り立つように設
定される。即ち、係数β(i) が小さくなるにつれてその
値で動作する動作時間τ(i) が単調増加するように設定
される。具体的には、図４の時間軸のように、ｔ₁ , ｔ
₂ , …を設定し、０からｔ₁ までをτ(1) 、ｔ₁ からｔ
₂ までをτ(2) というように、その時間の変化量｛τ(
ｊ) −τ( ｊ-1) ｝が次第に大きくなるように設定す
る。なお、図４では、ほぼ｛τ( ｊ) ＝２τ( ｊ-1) ｝
の関係が成立するように設定されている。これにより、
通信端末の立ち上げ時には短い間隔で、その後次第に長
い間隔で係数β(i) が切り替わって、最終的な収束値β
(n) に徐々に収束していくようになっている。なお、ｎ
は任意の数値であり、大まかに制御する場合は小さな数
値に、細かく制御する場合には大きな数値にする。

【００１８】係数メモリ２３には予め設定された係数β
(i) （ｉ＝１, ２, …, ｎ）が格納されている。この係
数β(i) は、それに対応した動作時間τ(i) の間だけ乗
算器１５に出力されるようになっている。即ち、動作時
間τ(i) の間だけアドレス発生部２２から係数メモリ２
３に出力される制御信号によって、係数メモリ２３内に
格納された動作時間τ(i) に対応する係数β(i) がその
動作時間τ(i) の間だけ乗算器１５に出力されるように
なっている。

【００１９】この係数β(i) の値は、通信端末の立ち上
げ時の初期値β(1) を大きく設定され、次第に小さくな
るように、単調減少させて設定されている。即ち、β(
ｊ-1) ＞β( ｊ) （ｊ＝２, ３, …, ｎ）の関係が成り
立つように設定されている。さらに、この係数の減少量
｛β( ｊ-1) −β( ｊ) ｝は、次第に小さくなるように
設定されている。なお、図４では、ほぼ｛２／３・β(
ｊ-1) ＝β( ｊ) ｝の関係が成立するように設定されて
いる。これにより、前記動作時間τ(i) の設定と相まっ
て、端末の立ち上げ直後は係数β(i) が大きく変化し、
即ち始めのうちは係数β(i) が急激に減少し、その後徐
々に減少量が小さく、かつ時間が短くなって最終的な収
束値β(n) にゆっくり近づくようになっている。なおこ
こで、初期値β(1) は、受信レベルの大きな変動に対し
て最適に追従できるように、即ち追従性が最速になるよ
うに十分に大きな値に設定されている。また、収束値β
(n) は、フェージング等によるレベル変動に対して制御
値が不必要に追従しないように、即ち高い安定性を得ら
れるように十分に小さな値に設定されている。

【００２０】［作用］以上のように構成された自動利得
制御回路では次のように作用する。なお、自動利得制御
回路の全体的な作用は前記従来の自動利得制御回路とほ
ぼ同様である。即ち、アナログの受信信号r(t)は、利得
制御アンプ１１で増幅された後、ＡＤ変換器１２でディ
ジタル受信信号r(n)に変換され、復調処理部（図示せ
ず）に入力されると同時に、平均電力計算部１３に入力
される。この平均電力計算部１３で受信信号r(n)の平均
電力Ld(n) が計算され、減算器１４で目標電力Ｌr との
誤差電力ΔＬが計算される。この誤差電力ΔＬは乗算器
１５に出力され、この乗算器１５において係数制御回路
２０からの係数β(i) が乗ぜられ、加算器１６とレジス
タ１７とからなる積分器で積分されてその出力Ｍ(n) が
ＤＡ変換器１８で制御電圧Ｖ_AGC に変換されて利得制御
アンプ１１に出力される。

【００２１】係数制御回路２０においては、通信端末の
立ち上げによってタイマ２１にリセット信号が出力され
る。これによりタイマ２１は新たにカウントを始め、そ
の信号がアドレス発生部２２に出力する。アドレス発生
部２２においては、タイマ２１からの信号によって動作
時間τ(i) の間だけそれに対応する係数β(i) のアドレ
ス信号が係数メモリ２３に出力される。これにより、動
作時間τ(i) の間だけ係数メモリ２３から係数β(i) が
乗算器１５に出力され、図４に示すグラフのように、最
初は大きな係数β(1) が短い動作時間τ(1) だけ出力さ
れる。そして、次第に係数β(i) が小さく、動作時間τ
(i) が長くなっていく。これにより係数β(i) は、最初
のうちは大きく速やかに変化し、次第に小さく緩やかに
変化してスムーズに最終値β(n) に収束していく。

【００２２】この結果、前記利得制御手段を、追従性重
視の状態から安定性重視の状態に、即ち立ち上げ時の追
従性が最速の状態から次第に追従性が鈍くなって安定性
が高い通常の受信状態に、迅速にかつスムーズに移行さ
せることができる。これにより、受信信号の平均電力
は、立ち上げ時に目標電力まで速やかに追従し、その後
緩やかに目標電力に収束していく。

【００２３】係数β(i) が最終的な収束値β(n) まで変
化した後は、この収束値β(n) に固定し、フェージング
等によるレベル変動に制御値が不必要に追従しないよう
にする。

【００２４】［効果］以上のように、係数の初期値β
(1) を大きく設定し、通信端末の立ち上げ時の追従性を
最速にして大きなレベル変動に最適に追従できるように
したので、立ち上げ時に、受信信号の平均電力を目標電
力まで速やかに追従させることができる。

【００２５】さらに、立ち上げ時からの時間が進むにつ
れて動作時間τ(i) を長くすると共に、係数β(i) を小
さくするようにしたので、係数β(i) を、立ち上げ時の
係数β(1) から通常受信時の係数β(n) に、速やかにか
つスムーズに収束させることができるようになる。この
結果、立ち上げ時に目標電力まで速やかに追従させた受
信信号の平均電力を、その後、緩やかにかつスムーズに
目標電力に収束させることができる。

【００２６】［変形例］ （１） 前記実施形態では、係数β(i) 及び動作時間τ
(i) の変化を図４の曲線３１に示すように設定したが、
これらは通信端末の種類等の諸条件に応じて異なり、そ
れらに応じて図４中の曲線３２, ３３, ３４等のよう
に、他の変化率で収束するように設定してもよい。ま
た、係数β(i) の大きさ及び動作時間τ(i) の長さも、
使用する通信端末等の種類に応じて適宜設定する。

【００２７】さらに、係数β(i) を等間隔で変化するよ
うに設定し、動作時間τ(i) を図４のようにその変化量
が徐々に大きくなるように設定してもよく、係数β(i)
を図４のようにその変化量が徐々に小さくなるように設
定し、動作時間τ(i) を等間隔で変化するように設定し
てもよい。

【００２８】（２） また、前記実施形態では、無線通
信用の通信端末を例に説明したが、有線通信の場合でも
本願発明を適用することにより、前記実施形態同様の作
用、効果を奏することができる。

【００２９】（３） さらに、前記実施形態において
は、利得制御アンプ１１に対する制御信号Ｍ(n) （Ｖ
_AGC ）を、乗算器１５からの出力信号ΔＭ(n) に応じて
見直して、基本的には常時変化させるものを示したが、
特願平７−１６５５６５号明細書及び図面に記載のよう
に、所定の条件が成立する場合には、次の時刻ｎ＋１に
おいても維持するようにしても良い。すなわち、時刻ｎ
での制御信号Ｍ(n) を時刻ｎ＋１に維持したと仮定した
場合に時刻ｎでの受信信号レベルから予測される時刻ｎ
＋１での平均電力の予測値と、時刻ｎ＋１での平均電力
の観測値とがほぼ等しい場合に、加算器１６での時刻ｎ
＋１での信号ΔＭ(n+1) の加算動作を禁止し、時刻ｎ＋
１での制御信号Ｍ(n+1) として時刻ｎでの制御信号Ｍ
(n) をそのまま出力させるようにしても良い。

【００３０】以上のように上記実施形態の特徴構成と、
特願平７−１６５５６５号明細書及び図面に記載の特徴
構成とを組み合わせた場合、上記実施形態での立上げ時
での高速な追従性を維持したまま、通常状態での安定性
を上記実施形態以上に高めることができるようになる。

【００３１】

【発明の効果】以上、詳述したように本発明の自動利得
制御回路によれば次のような効果を奏することができ
る。

【００３２】通信端末の立ち上げ時に追従性を最速にし
て大きなレベル変動に最適に追従できるように係数を設
定したので、立ち上げ時に、入力信号のレベルを目標レ
ベルまで速やかに追従させることができる。

【００３３】さらに、立ち上げ時からの時間が進むにつ
れて各係数で動作する時間を長くすると共に、係数を小
さくするようにしたので、係数を、立ち上げ時の初期値
から通常受信時の収束値に、速やかにかつスムーズに収
束させることができるようになる。この結果、立ち上げ
時に目標レベルまで速やかに追従させた入力信号のレベ
ルを、その後、緩やかにかつスムーズに目標レベルに収
束させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自動利得制御回路の構成を示すブ
ロック図である。

【図２】従来の自動利得制御回路の構成を示すブロック
図である。

【図３】本発明に係る係数制御回路を示すブロック図で
ある。

【図４】本発明に係る係数制御回路での係数値及び動作
時間の制御パターンを示すグラフである。

【符号の説明】

１１：利得制御アンプ、１２：ＡＤ変換器、１３：平均
電力計算部、１４：減算器、１５：乗算器：１６：加算
器１、１７：レジスタ：１８：ＤＡ変換器、１９：ＤＡ
変換器、２０：係数制御回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号のレベルを調整する利得可変の
   増幅手段と、この増幅手段の利得を制御する利得制御手
   段と、この利得制御手段に可変の係数を加えて入力信号
   のレベル変動に対する追従性を調整する係数制御手段と
   を備えてなり、 前記係数として、立ち上げ時に対応した追従性が最速の
   初期値と、通常の受信時に対応した安定性の高い収束値
   とを設定し、この係数を、立ち上げ時からの時間が進む
   につれて前記初期値から単調変化させて一定時間経過後
   に前記収束値に収束するように制御することを特徴とす
   る自動利得制御回路。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の自動利得制御回路にお
   いて、 前記係数として単調変化した複数の値を用い、立ち上げ
   時からの時間が進むにつれて、各係数値で動作する時間
   を大きくすることを特徴とする自動利得制御回路。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の自動利得制御回路にお
   いて、 立ち上げ時からの時間が進むにつれて前記係数の変化量
   を小さくする係数制御と、立ち上げ時からの時間が進む
   につれて各係数値で動作する時間の変化量を大きくする
   時間制御の一方又は両方を行うことを特徴とする自動利
   得制御回路。