JPH11346175A - Ｃｄｍａ受信機のゲインコントロール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 受信信号の振幅が変動しても復調信号の振幅
を常に一定に保持する。 【解決手段】 増幅器１１において増幅された情報信号
を乗算器１２、１３において直交検波し、Ｉ相信号とＱ
相信号を得る。Ｉ相信号とＱ相信号に含まれる高周波成
分をローパスフィルタ１６、１７において除去し、複素
マッチドフィルタ２０に入力する。複素マッチドフィル
タ２０では、Ｉ相信号とＱ相信号に対して、拡散符号記
憶回路２１に記憶されている拡散符号を乗じ、Ｉ相とＱ
相の情報信号を再生する。レベル検出器４１において、
閾値よりも高いＩ相信号とＱ相信号を求め、またＩ相信
号とＱ相信号の二乗和を求めるとともに、その平方根を
演算して絶対値信号を得る。ゲイン算出回路５１では、
絶対値信号に基いて、増幅器１１において用いるゲイン
を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、符号分割多元接続
（ＣＤＭＡ）セルラシステムに関し、特に受信機のダイ
ナミックレンジを制御するゲインコントロール装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、スペクトラム拡散技術を用いたデ
ィジタル自動車・携帯電話システム、すなわちＣＤＭＡ
受信機の開発が進んでいる。スペクトラム拡散技術は、
情報信号の伝送帯域幅（スペクトラム）を周波数帯域幅
の数十倍以上に拡散して伝送するものであり、スペクト
ラム拡散のひとつとして、拡散符号を情報信号に直接乗
算する直接拡散（ＤＳ:direct sequence）がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ＤＳ−ＣＤＭＡ受信機
において、受信信号の振幅は種々の原因によって変動し
やすい。振幅変動の原因として、基地局と受信機との距
離の変化に基づく距離変動、基地局と受信機の間に存在
するビル等の障害物に基づくシャドイング変動、シャド
イング変動に基づくレイリフェージング変動等がある。
振幅変動が生じると、これに応じて、ＣＤＭＡ受信機に
よって復調される信号の振幅が変動し、復調信号のＳ／
Ｎ比が低下するという問題が発生する。

【０００４】本発明は、受信信号の振幅が変動しても復
調信号の振幅を常に一定に保持することができるＣＤＭ
Ａ受信機のゲインコントロール装置を提供することを目
的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係るゲインコン
トロール装置は、複素マッチドフィルタ出力あるいは直
交検波器出力のＩ成分、Ｑ成分からノルムを算出し、こ
のノルムに基づいて増幅器のゲインを算出するものであ
る。

【０００６】すなわち本発明に係る第２のゲインコント
ロール装置は、入力信号を増幅する増幅手段と、この増
幅手段によって増幅された入力信号を直交検波すること
により、複素数の実部に対応したＩ相信号と複素数の虚
部に対応したＱ相信号とを生成する直交検波回路と、Ｉ
相信号およびＱ相信号に対して複素拡散符号による相関
演算を行ない、Ｉ相信号、Ｑ相信号に対応した２成分の
電圧出力を生成する複素マッチドフィルタと、この電圧
出力の２成分のノルムを算出する絶対値回路と、このノ
ルムに基づいて増幅手段のゲインを算出するゲイン算出
手段とを備えたことを特徴としている。

【０００７】好ましくは、複素拡散符号は１ビットのＩ
相符号列および１ビットのＱ相符号列からなり、また複
素マッチドフィルタは、Ｉ相とＱ相の入力信号をそれぞ
れ時系列で保持する複数のサンプルホールド回路と、こ
れらサンプルホールド回路に対応して設けられ、複素拡
散符号に応じてアナログ入力電圧を２系統に分岐する複
数のアナログマルチプレクサと、各系統のマルチプレク
サ出力を容量結合によって統合する加算回路とを備えて
いる。

【０００８】入力信号は例えば、中間周波数の信号を直
交検波し、さらにローパスフィルタによって高調波信号
を除去することによって生成される。

【０００９】ゲインコントロール装置は、ノルムが所定
値以上のときに所定の受信信号を受信したと判断するレ
ベル検出器をさらに備えていることが好ましい。

【００１０】また本発明に係る第２のゲインコントロー
ル装置は、入力信号を増幅する増幅手段と、この増幅手
段によって増幅された入力信号を直交検波することによ
り、複素数の実部に対応したＩ相信号と複素数の虚部に
対応したＱ相信号とを生成する直交検波回路と、Ｉ相信
号およびＱ相信号に対して複素拡散符号による相関演算
を行ない、Ｉ相信号、Ｑ相信号に対応した２成分の電圧
出力を生成する複素マッチドフィルタと、直交検波回路
から出力されたＩ相信号、Ｑ相信号のノルムを算出する
絶対値回路と、このノルムに基づいて前記増幅手段のゲ
インを算出するゲイン算出手段とを備えたことを特徴と
している。

【００１１】好ましくは、直交検波回路の出力はローパ
スフィルタに入力され、高周波信号を除去されてから複
素マッチドフィルタに入力される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を説
明する。図１は、本発明の第１の実施形態であるＣＤＭ
Ａ受信機のゲインコントロール装置を示すブロック図で
ある。図２はゲインコントロール装置において発生する
信号のタイミングチャートである。

【００１３】図示しないアンテナによって受信されたラ
ジオ周波数の情報信号は、ダウンコンバートされて、中
間周波数の信号（ＩＦ信号）に変換される。ＩＦ信号は
増幅器（ＶＧＡ）１１において増幅され、第１および第
２の乗算器１２、１３に入力される。第１の乗算器１２
には発振器１４から出力される正弦波信号が直接入力さ
れ、第２の乗算器１３には、その正弦波信号が位相変換
器１５においてπ／２だけ位相を遅延されて入力され
る。すなわちＩＦ信号に対して直交検波が行なわれ、第
１の乗算器１２からＩ相（inphase)信号が出力されると
ともに、第２の乗算器１３からＱ相（quadrature）信号
が出力される。

【００１４】Ｉ相信号とＱ相信号は、それぞれローパス
フィルタ１６、１７において高周波成分を除去された
後、複素マッチドフィルタ２０に入力される。複素マッ
チドフィルタ２０では、Ｉ相信号とＱ相信号に対して、
拡散符号記憶回路２１に記憶されている拡散符号との相
関がとられ、これによりＩ相とＱ相の情報信号が再生さ
れる。この情報信号には、山あるいはビル等によって反
射して遅れて受信される信号も含まれている。したがっ
てマッチドフィルタ２０の出力の各シンボル周期Ｔ内に
は、複数のパスのピーク信号Ｓ１が存在する。

【００１５】Ｉ相とＱ相のマルチパス信号Ｓ１は、それ
ぞれサンプルホールド回路３１、３２に入力され、サン
プルホールドされる。図２の例では、１つのシンボル周
期Ｔに含まれる複数個のマルチパスピーク信号から、信
号として重要な３つのマルチパス信号Ｓ１がサンプルホ
ールドされる。サンプルホールド信号Ｓ２はＡ／Ｄ変換
器３３、３４においてデジタル信号に変換される。この
サンプルホールド信号Ｓ２は、同期検波回路３５に入力
され、これにより通信路によるフェージング効果が除去
されてサンプルホールド信号は完全にＩ相とＱ相に分離
される。同期検波回路３５の出力信号は、レイク（rak
e）合成回路３６において相互に合成され、レイク合成
信号Ｓ３としてゲインコントロール回路から出力され
る。

【００１６】一方、複素マッチドフィルタ２０のＩ，Ｑ
出力信号（シンボル周期Ｔ内に含まれる例えば１０個の
マルチパス信号Ｓ１）は、レベル検出器４１に入力さ
れ、複素数としての絶対値が算出される。各信号の絶対
値が所定閾値と比較され、閾値よりも高い絶対値信号が
マルチパスピークであると判断されて、後段のＡ／Ｄ変
換器４２に出力される。

【００１７】このＡ／Ｄ変換された絶対値信号は巡回積
分回路４３に入力される。巡回積分回路４３では、所定
期間の絶対値の平均値が求められる。ピーク検出回路４
４では、絶対値の平均値に基いて、信号として例えば重
要な３つのピークが選択される。制御部４５は、この選
択されたマルチパス信号Ｓ２に基いて動作し、これによ
り、上述したように３つのマルチパス信号Ｓ２がサンプ
ルホールド回路３１、３２によってサンプルホールドさ
れる。

【００１８】Ａ／Ｄ変換器４２の出力端にはゲイン算出
回路５１が接続されている。すなわちＡ／Ｄ変換器４２
から出力された絶対値信号は、ゲイン算出回路５１にも
入力され、ゲイン算出回路５１において、後述するよう
にゲインを求めるために用いられる。このゲインに対応
した信号は、ＲＦ−ＡＧＣ信号として図示しない増幅器
に入力され、受信されたラジオ周波数の情報信号の増幅
ゲインを制御するために用いられる。また、ゲイン算出
回路５１によって得られたゲイン制御信号は、Ｄ／Ａ変
換器５２においてアナログ信号に変換され、ＩＦ−ＡＧ
Ｃ信号として増幅器（ＶＧＡ）１１に入力され、ＩＦ信
号の増幅を制御するために用いられる。

【００１９】図３は複素マッチドフィルタ２０の構成
（例えば２５６タップ）を示すブロック図である。複素
マッチドフィルタ２０は２５６個のサンプルホールド回
路ＳＨ１〜ＳＨ２５６を有し、入力信号は１チップの複
素数信号ごとに、これらサンプルホールド回路によっ
て、時系列で保持される。各サンプルホールド回路ＳＨ
１〜ＳＨ２５６には乗算回路Ｍ１〜Ｍ２５６がそれぞれ
接続され、これら乗算回路において複素拡散符号が乗算
される。その乗算結果は加算器２２において統合加算さ
れる。複素拡散符号における実部、虚部の各拡散符号は
１ビットの符号列であり、符号「０」は「−１」に変換
して乗算される。乗算回路はこれら符号に応じて入力信
号の実部信号、虚部信号それぞれを２系統に振り分け、
加算回路は各系統の信号の和を算出し、かつ符号「１」
が乗じられた信号の和から、符号「−１」が乗じられた
信号の和を減ずる。これによって相関演算が実行され、
拡散符号との相関の高い入力信号については絶対値の大
きい相関出力が生成される。

【００２０】加算器２２において得られた実部と虚部そ
れぞれの加算結果の電圧信号は、スケーラ２３において
所定のスケーリングを施され、適当な大きさの電圧信号
に変換される。これらの電圧信号はレベル検出器４１
（図１）に出力される。

【００２１】サンプルホールド回路で保持された入力信
号は、新たな入力信号の取り込みに呼応して、順次後段
に転送される。

【００２２】図４を参照して、ゲイン算出回路５１にお
いて実行されるゲインの算出を説明する。Ａ／Ｄ変換器
４２の出力信号は絶対値信号である。ゲイン算出回路５
１では、Ａ／Ｄ変換器４２から入力された絶対値信号に
対して、ゲインＧに対応した信号がステップ状に出力さ
れるように、絶対値信号とゲインＧがテーブル形式で格
納されている。例えば絶対値信号の値がＷ１からＷ２の
間であるときは、ゲインＧ１を示す信号がゲイン算出回
路５１から出力される。このような算出において、閾値
θと最大値Ｍａｘが設けられており、絶対値信号が閾値
θよりも小さければゲインは最大値ＧＭに定められ、絶
対値信号が最大値Ｍａｘよりも大きければゲインは最小
値Ｇｍに定められる。

【００２３】ゲイン算出回路５１において得られるゲイ
ンＧは、上述したように、このＣＤＭＡ受信機によって
受信されたラジオ周波数の情報信号の増幅、および増幅
器１１における中間周波数の情報信号の増幅に用いら
れ、レイク合成回路３６の出力信号のレベルが所定の範
囲に入るように定められている。したがって、例えば基
地局とＣＤＭＡ受信機の間に存在するビル等の障害物に
基づくシャドイング変動が生じても、ＣＤＭＡ受信機に
よって復調される信号の振幅は所定の範囲に制御され、
良好なＳ／Ｎ比を有する復調信号が得られる。

【００２４】図５は、本発明の第２の実施形態であるＣ
ＤＭＡ受信機のゲインコントロール装置を示すブロック
図である。第２の実施形態と第１の実施形態の違いは、
ゲイン算出回路５１においてゲインを算出するために用
いられるフィードバック信号（絶対値信号）である。す
なわち、第１の実施形態では図１に示されるように、Ａ
／Ｄ変換器４２から出力されたマルチパス信号Ｓ１がフ
ィードバック信号として用いられるが、第２の実施形態
では、ローパスフィルタ１６、１７の出力信号がフィー
ドバック信号として用いられる。

【００２５】フィードバック信号を得るため、ローパス
フィルタ１６、１７には複素数絶対値回路６０が接続さ
れており、複素数絶対値回路６０に対して、ローパスフ
ィルタ１６から出力されたＩ相信号と、ローパスフィル
タ１７から出力されたＱ相信号とが入力される。Ｉ相信
号は複素数の実部に対応し、Ｑ相信号は複素数の虚部に
対応する。絶対値回路６０では、Ｉ相信号の二乗とＱ相
信号の二乗との和（すなわち複素数の絶対値）を直接求
めるのではなく、二乗和に対応した値が求められる。こ
れについては後述する。

【００２６】複素数絶対値回路６０から出力された絶対
値信号はＡ／Ｄ変換器６１においてデジタル信号に変換
され、ゲイン算出回路５１に入力される。ゲイン算出回
路５１では、第１の実施形態と同じ作用によってゲイン
が求められる。

【００２７】図６は複素数絶対値の近似値を計算する回
路６０の構成を示している。ここに複素数（Ｉ＋ｊＱ）
の絶対値は理論的には√Ｉ² ＋Ｑ² となるが、本実施形
態では良好な近似を生成し得る回路を使用している。

【００２８】複素数絶対値回路６０には第１および第２
絶対値回路７１、７２が設けられている。複素数絶対値
回路６０には、電源回路（図示せず）によって電源電圧
Ｖddが印加されており、第１および第２絶対値回路７
１、７２では、Ｉ相信号、Ｑ相信号の絶対値に対応した
電圧信号とＶdd／２のオフセット電圧との和が生成され
る。

【００２９】絶対値回路７１、７２はそれぞれローパス
フィルタ１６、１７（図５）に接続され、絶対値回路７
１、７２の出力は第１および第２容量結合６２、６３に
よって統合されている。第１容量結合６２はキャパシタ
ンス６２ａ、６２ｂを有し、これらのキャパシタンス６
２ａ、６２ｂの入力端はそれぞれ第１および第２絶対値
回路７１、７２に接続されている。同様に、第２容量結
合６３はキャパシタンス６３ａ、６３ｂを有し、これら
のキャパシタンス６３ａ、６３ｂの入力端もそれぞれ第
１および第２絶対値回路７１、７２に接続されている。

【００３０】第１容量結合６２の出力端はインバータ回
路６４に接続され、インバータ回路６４の出力端は帰還
キャパシタンス６５を介してその入力端に接続されてい
る。同様に、第２容量結合６３の出力端はインバータ回
路６６に接続され、インバータ回路６６の出力端は帰還
キャパシタンス６７を介してその入力端に接続されてい
る。

【００３１】キャパシタンス６２ａ、６２ｂ、６５の容
量比は、２：１：２である。また、キャパシタンス６３
ａ、６３ｂ、６７の容量比は、１：２：２である。した
がって、インバータ回路６４、６６の出力電圧をそれぞ
れＶ64、Ｖ66とすると、以下の式が得られる。

【００３２】

【数１】

【数２】

【００３３】ただし、Ｖddは複素数絶対値回路６０に接
続される電源回路（図示せず）の出力電圧、Ｃ１、Ｃ
２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６はそれぞれキャパシタンス
６２ａ、６２ｂ、６５、６３ａ、６３ｂ、６７の容量、
Ａbs（Ｉ）は第１絶対値回路７１によって生成された電
圧信号、Ａbs（Ｑ）は第２絶対値回路７２によって生成
された電圧信号である。

【００３４】第１および第２絶対値回路７１、７２の出
力信号は比較回路８１に入力され、比較回路８１によっ
て、電圧信号Ａbs（Ｉ）、Ａbs（Ｑ）のうちのいずれが
大きいかを示す比較結果信号ＳＣが出力される。この比
較結果信号ＳＣと、インバータ回路６４、６６から出力
された電圧信号Ｖ64、Ｖ66は、マルチプレクサ８２に入
力される。マルチプレクサ８２では、比較結果信号ＳＣ
に基いて、Ａbs（Ｉ）≧Ａbs（Ｑ）のときに電圧信号Ｖ
64が出力され、Ａbs（Ｉ）＜Ａbs（Ｑ）のときに電圧信
号Ｖ66が出力される。

【００３５】マルチプレクサ８２の出力信号はキャパシ
タンス８３を介してインバータ回路８４に入力される。
インバータ回路８４の出力端はキャパシタンス８５を介
してその入力端に接続されている。キャパシタンス８
３、８５の容量Ｃ７、Ｃ８はそれぞれ等しく、したがっ
て式（１）、（２）のオフセット電圧を除いた部分を反
転し、これにオフセット電圧を加えた電圧信号Ｖ60が複
素数絶対値回路６０から出力される。

【００３６】すなわちこの電圧信号Ｖ60は、Ａbs（Ｉ）
≧Ａbs（Ｑ）のとき、

【数３】 Ａbs（Ｉ）＜Ａbs（Ｑ）のとき、

【数４】 となる。

【００３７】図７は複素数絶対値回路６０に設けられる
第１絶対値回路７１の構成を示している。第２絶対値回
路７２も第１絶対値回路７１と同一の構成を有してい
る。

【００３８】第１絶対値回路７１はＭＯＳインバータ７
３を有している。ＭＯＳインバータ７３では、入力電圧
Ｖinが閾値Ｖdd／２を越えたか否かが判定され、入力電
圧Ｖinが閾値Ｖdd／２以下であるとき、電源電圧Ｖddと
同じ電圧の信号が出力され、入力電圧Ｖinが閾値Ｖdd／
２を越えると、０［Ｖ］の電圧信号が出力される。

【００３９】入力電圧Ｖinはキャパシタンス７４を介し
てインバータ回路７５に入力され、インバータ回路７５
の出力端は帰還キャパシタンス７６を介してその入力端
に接続されている。キャパシタンス７５、７６の容量は
同一であり、インバータ回路７５によって、入力電圧Ｖ
inとＶdd／２のオフセット電圧との差の電圧を反転させ
た電圧信号が安定かつ高精度に生成される。入力電圧Ｖ
inの信号は直接マルチプレクサ７７に入力され、またイ
ンバータ回路７５により反転されてマルチプレクサ７７
に入力される。マルチプレクサ７７は、ＭＯＳインバー
タ７３の出力信号によって切換え制御される。すなわ
ち、Ｖin≧Ｖdd／２のとき、入力電圧Ｖinの信号がその
ままマルチプレクサ７７から出力され、Ｖin＜Ｖdd／２
のとき、反転出力（Ｖdd−Ｖin）がマルチプレクサ７７
から出力される。

【００４０】したがって例えば、電源電圧Ｖddが１０
［Ｖ］であるとき、オフセット電圧は（Ｖdd／２）＝５
Ｖである。入力電圧Ｖinが８［Ｖ］であれば（５＋｜８
−５｜＝８）［Ｖ］の電圧信号が第１絶対値回路７１か
ら出力され、入力電圧Ｖinが３［Ｖ］であれば（５＋｜
３−５｜＝７）［Ｖ］の電圧信号が第１絶対値回路７１
から出力される。

【００４１】以上のように第２の実施形態では、第１の
実施形態と比較して、ゲインＧを求めるためのフィード
バック信号が複素マッチドフィルタ２０の入力端側にお
いて検出されている。すなわち第２の実施形態では、第
１の実施形態と同様な効果が得られることに加えて、こ
のＣＤＭＡ受信機に入力されてくる全ての情報信号に基
いてゲインＧを求めることができるため、他局の情報信
号によって増幅器１１のオーバーレンジが生じることが
防止される。

【００４２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、受信信号
の振幅が変動しても復調信号の振幅を常に一定に保持す
ることができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態であるＣＤＭＡ受信機
のゲインコントロール装置を示すブロック図である。

【図２】ゲインコントロール装置において発生する信号
を示すタイミングチャートである。

【図３】複素マッチドフィルタを示すブロック図であ
る。

【図４】ゲイン算出回路に入力される絶対値信号と、ゲ
イン算出回路から出力されるゲインに対応した信号との
関係を示す図である。

【図５】本発明の第２の実施形態であるＣＤＭＡ受信機
のゲインコントロール装置を示すブロック図である。

【図６】複素数絶対値回路の構成を示す回路図である。

【図７】複素数絶対値回路に設けられる第１および第２
絶対値回路の構成を示す回路図である。

【符号の説明】

２０ 複素マッチドフィルタ ５１ ゲイン算出回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号を増幅する増幅手段と、 この増幅手段によって増幅された入力信号を直交検波す
   ることにより、複素数の実部に対応したＩ相信号と複素
   数の虚部に対応したＱ相信号とを生成する直交検波回路
   と、 前記Ｉ相信号およびＱ相信号に対して複素拡散符号によ
   る相関演算を行ない、Ｉ相信号、Ｑ相信号に対応した２
   成分の電圧出力を生成する複素マッチドフィルタと、 この電圧出力の２成分のノルムを算出する絶対値回路
   と、 このノルムに基づいて前記増幅手段のゲインを算出する
   ゲイン算出手段とを備えたＣＤＭＡ受信機のゲインコン
   トロール装置。
2. 【請求項２】 複素拡散符号は１ビットのＩ相符号列お
   よび１ビットのＱ相符号列からなり、 複素マッチドフィルタは、 Ｉ相とＱ相の入力信号をそれぞれ時系列で保持する複数
   のサンプルホールド回路と、 これらサンプルホールド回路に対応して設けられ、複素
   拡散符号に応じてアナログ入力電圧を２系統に分岐する
   複数のアナログマルチプレクサと、 各系統のマルチプレクサ出力を容量結合によって統合す
   る加算回路とを備えていることを特徴とする請求項１に
   記載のＣＤＭＡ受信機のゲインコントロール装置。
3. 【請求項３】 前記入力信号は中間周波数の信号を直交
   検波し、さらにローパスフィルタによって高調波信号を
   除去することによって生成されることを特徴とする請求
   項１に記載のＣＤＭＡ受信機のゲインコントロール装
   置。
4. 【請求項４】 前記ノルムが所定値以上のときに所定の
   受信信号を受信したと判断するレベル検出器をさらに備
   えていることを特徴とする請求項１に記載のＣＤＭＡ受
   信機のゲインコントロール装置。
5. 【請求項５】 入力信号を増幅する増幅手段と、 この増幅手段によって増幅された入力信号を直交検波す
   ることにより、複素数の実部に対応したＩ相信号と複素
   数の虚部に対応したＱ相信号とを生成する直交検波回路
   と、 前記Ｉ相信号およびＱ相信号に対して複素拡散符号によ
   る相関演算を行ない、Ｉ相信号、Ｑ相信号に対応した２
   成分の電圧出力を生成する複素マッチドフィルタと、 前記直交検波回路から出力されたＩ相信号、Ｑ相信号の
   ノルムを算出する絶対値回路と、 このノルムに基づいて前記増幅手段のゲインを算出する
   ゲイン算出手段とを備えたＣＤＭＡ受信機のゲインコン
   トロール装置。
6. 【請求項６】 直交検波回路の出力はローパスフィルタ
   に入力され、高周波信号を除去されてから複素マッチド
   フィルタに入力されることを特徴とする請求項１または
   請求項５に記載のＣＤＭＡ受信機のゲインコントロール
   装置。