JP2012506197A - 移動通信システムの利得制御装置及び方法 - Google Patents

Abstract

移動通信システムにおいて信号の自動利得制御装置及び方法が提供される。装置は、制限されたＡＤＣの全ダイナミックレンジを調節するためにチャンネル変化量によってフェージングマージンを調節するように処理するチャンネル確認部を含む。

Description

本発明は、移動通信システムにおいて信号の利得制御装置及び方法に関し、特に、移動通信システムにおいて時間軸のチャンネル変化によるヘッドルームのサイズを予測してアナログ／デジタル変換器の全ダイナミックレンジ（Ｄｙｎａｍｉｃ ｒａｎｇｅ）を調整して受信装置の性能を向上させるための装置及び方法に関する。

通常的に、無線通信システムは、無線帯域に所定のデータを信号化して取り交わす装置である。このような無線通信システムにおいては、送信装置と受信装置間の距離及びチャンネル環境によって信号の増幅度を異なるようにして送信するように構成している。送信装置と受信装置間の距離及びチャンネル環境によって適切な増幅度を用いないと、信号を受信することができないかまたは他の端末に強い干渉を起こる恐れがあるためである。

よって、前記のような無線信号を送信する時、特定の信号の電力以上で送信すると他の端末に影響が及ぶため、受信装置においても受信される信号を適切に増幅して用いる方式が要求される。よって、無線信号を受信する受信装置は、受信された信号を増幅するための増幅器を有することになる。

一方、無線信号を送信する時、データをそのまま送信する場合、帯域幅の浪費及びデータのエラーが発生する恐れがある。この問題を防止するために、無線通信システムでは、所定の符号化及び変調方式を用いてデータを送受信することになる。

このように所定の符号化及び変調方式を採用する場合、特定のモデムチップを用いて復調及び復号を行い、受信装置においてはモデムチップを用いて復調及び復号を行う。

前記のような無線通信システムの自動利得制御過程は、時間軸上でサンプリングされる信号の瞬時電力を累積し、一定時間においての平均電力を求めた後、アナログ／デジタル変換器の入力基準電力値を比較してアナログ／デジタル変換器入力端の利得増幅器を調節する。このとき、アナログ／デジタル変換器の基準電力値は、端末が復調するデータのＲＭＳ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）を意味する。

これによって受信装置においては、固定される全体入力水準におけるデータ復調のための基準入力範囲及びチャンネル変化を克服するフェージングマージンが固定され、アナログ／デジタル変換器の入力信号の最大ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｅ）は基準入力有効ビットに固定される。

よって、アナログ／デジタル変換器の最大動作領域（すなわち、全ダイナミックレンジ）は、受信装置が要する最大ＳＱＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ Ｎｏｉｓｅ Ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ）を表現することができる基準入力と、最大チャンネル変化を収容することができるフェージングマージンとで構成される。

しかし、受信装置において要する最大チャンネル変化と最大ＳＮＲは、相互関係を形成することで、アナログ／デジタル変換器の固定された最大動作領域がすべての状況で用いられる場合がないため、前記のような場合には受信装置の性能を低下するという問題がある。

本発明の目的は、移動通信システムにおいて受信装置の性能を向上する利得制御装置及び方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、移動通信システムにおいてチャンネル変化によるヘッドルームのサイズを予測してアナログ／デジタル変換器の全ダイナミックレンジを調整するための装置及び方法を提供することにある。

本発明のまた他の目的は、移動通信システムにおいてチャンネル変化によってヘッドルームの幅を調整するための装置及び方法を提供することにある。

上述の目的を達成するための本発明の第１見地によれば、受信装置にてチャンネル変化量によってアナログ／デジタル変換器の全ダイナミックレンジを調整するための装置は、制限されたアナログ／デジタル変換器の全ダイナミックレンジを調節するためにチャンネル変化量によってフェージングマージンを調節するように処理するチャンネル確認部を含むことを特徴とする。

上述の目的を達成するための本発明の第２見地によれば、受信装置にてチャンネル変化量によってアナログ／デジタル変換器の全ダイナミックレンジを調整するための方法は、チャンネル変化量によってフェージングマージンを調節して制限されたアナログ／デジタル変換器の全ダイナミックレンジを調節する過程を含むことを特徴とする。

上述のように、本発明は受信装置にて時間軸のチャンネル変化によるヘッドルームのサイズを予測してＡＤＣの全ダイナミックレンジを調整することで、固定の全ダイナミックレンジを用いる従来の受信装置にて要求されるＡＤＣの性能を減らして受信装置全体の性能を向上することができる。

本発明の好ましい一実施形態による受信装置の構成を示すブロック図。 本発明による受信装置にてチャンネル状態による基準入力値を推定する過程を示す図。 本発明の好ましい一実施形態による受信装置にてチャンネル変化量による自動利得制御を行う過程を示すフローチャート。

以下、本発明の好ましい実施形態を添付の図面を参照して詳しく説明する。なお、本発明を説明することにおいて、かかる公知機能もしくは構成に対する具体的な説明が本発明の要旨に妨害すると判断する場合、その詳しい説明は省略する。

以下の説明では、移動通信システムにおいて受信装置の性能を向上する利得制御装置及び方法として、チャンネル変化によるヘッドルームのサイズを予測してアナログ／デジタル変換器（以下、ＡＤＣ：Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒと称する）の全ダイナミックレンジを調整するための装置及び方法に対して説明する。

図１は、本発明の好ましい一実施形態による受信装置の構成を示すブロック図である。

図１を参照すると、受信装置は、無線チップ１００、ＡＤＣ１０２、高速フーリエ変換器１０４、チャンネル推定器１０６、ＬＬＲ生成部１０８、チャンネル確認部１１０及び自動利得制御器（以下、ＡＧＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒと称する）１１２を含む。

無線チップ１００は、アンテナ（図示せず）を介して受信する信号を低雑音増幅器を用いて増幅し、増幅された信号をＡＤＣ１０２へ出力する。

ＡＤＣ１０２は、無線チップ１００から入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換した後、変換されたデジタル信号をＡＧＣ１１２と高速フーリエ変換器１０４に出力する。

これによって、ＡＤＣ１０２からデジタル信号を受信したＡＧＣ１１２は、時間軸上でサンプリングされる信号の瞬時電力を累積し、一定時間においての平均電力を求めた後、ＡＤＣ１０２の入力基準電力値を比較してＡＤＣ１０２の入力利得を調節するように処理する。

このとき、ＡＧＣ１１２は、チャンネル確認部１１０から提供されるチャンネル変化量による基準入力値を用いて入力利得を制御することができる。つまり、ＡＧＣ１１２は、チャンネル確認部１１０でチャンネル変化量が大きいことによって高い入力利得を要することを確認した場合、高い利得調節のための過程を行う。逆に、ＡＧＣ１１２は、チャンネル確認部１１０でチャンネル変化量が小さいことによって低い入力利得を要することを確認した場合、低い利得調節のための過程を行う。

ＡＤＣ１０２からデジタル信号を受信した高速フーリエ変換器１０４は、入力された信号をＦＦＴして時間領域の信号を周波数領域の信号に変換する。チャンネル推定器１０６は、高速フーリエ変換器１０４から受信された信号に対して推定過程を行ってチャンネル推定値を確認する。

ＬＬＲ生成部１０８は、チャンネル推定器１０６及びチャンネル確認部１１０から受信されるのに要するヘッドルームのサイズを用いてヘッドルーム幅を調節して利得調整を行なうことができる。

チャンネル確認部１１０は、現区間のチャンネルと前区間のチャンネル変化量を推定して、推定したチャンネル変化量を基にヘッドルームのサイズの調整のためのオフセット値を設定してＡＧＣ１１２に提供する。

例えば、チャンネル確認部１１０は、チャンネル変化量が小さいと判断する場合、つまり、現チャンネル変化が前チャンネル変化より小さいと判断される場合、フェージングマージンを減らすためのヘッドルームオフセットを設定する。一方、チャンネル確認部１１０は、チャンネル変化量が大きいと判断する場合、つまり、現チャンネル変化が前チャンネル変化より大きいと判断される場合、フェージングマージンを増やすためのヘッドルームオフセットを設定する。

ヘッドルームの幅を調整するためのヘッドルームオフセット値が提供されるＡＧＣ１１２は、オフセット値を用いてヘッドルームの幅を調整してＡＤＣ１０２の動作領域を最小化するように処理する。

図２は、本発明による受信装置にてチャンネル状態による基準入力値を推定する過程を示す図である。

一般的なＡＤＣのＳＮＲは、有効な入力信号の出力ビットに比例するため、同様な外部状況にて入力信号のサイズを増加させて有効な出力信号ビットが増加すると、ＳＮＲはよくなる。

しかし、ＡＤＣの全ダイナミックレンジは、制限的で入力信号の増加によるＳＮＲ改善とフェージングマージンは排他的な関係である。結局、同様のチャンネル状況にてより高いＳＮＲで動作する性能のためには、ＡＤＣの全ダイナミックレンジがより要することからより高いＡＤＣの性能が要求される。

しかし、受信信号のチャンネル変化が高い状況では、それによる干渉で受信信号のＳＮＲが減少することになり、受信装置の復調信号のＳＱＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ Ｎｏｉｓｅ ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏｎ）の要求値も減少する。勿論、チャンネル変化が減少すると、それによるＳＮＲも増加されるが、チャンネル変化の減少によって要求されるヘッドルームも減少する。

図２に示すように、本発明による受信装置は、時間軸のチャンネル変化によるヘッドルームのサイズを予測してＡＤＣの全ダイナミックレンジを調整することで受信装置の性能を向上するようにする。

図２を参照して、上述の状況に対して時間軸上のチャンネル変化状態を示すグラフで、チャンネル変化量が少ない区間２０１とチャンネル変化量が大きい区間２０３に分けて説明する。

チャンネル変化量が小さい区間２０１は、フェージングマージンが少なくても（２０７）、入力信号がヘッドルームを外さないためヘッドルームが減少することになる。しかし、チャンネル変化量が大きい区間２０３は、フェージングマージンを十分に設定するためにヘッドルームが増える（２０５）。

前記のように本発明のよる受信装置は、チャンネル変化量によってＡＤＣにて要するヘッドルームのサイズを予測してＡＤＣの全ダイナミックレンジを調整して受信装置の性能が向上する。

図３は、本発明の好ましい一の実施形態による受信装置にてチャンネル変化量による自動利得制御を行う過程を示すフローチャートである。

図３を参照すると、受信装置は、まずステップ３０１で自動利得制御過程を行うようにした後、ステップ３０３に進み、チャンネル変化量を推定するための過程を行う。

ここで、受信装置にてチャンネル変化量を推定する過程は、一般的な自動利得制御過程で用いる固定された基準入力値を用いて自動利得制御器の動作範囲が大きくなる現象を防止して、チャンネル変化による最適の基準入力値を推定して自動利得制御器の動作範囲を最小化するためにチャンネル変化の大きさを測定する過程である。

前記のようなチャンネル変化量推定過程を行うために、受信装置は、ステップ３０５に進み特定区間にての利得変化量を測定した後、ステップ３０７に進み、測定した利得変化量の分散値を用いてチャンネル変化量を推定することができる。ここで、受信装置は、下記の数式１を用いて利得変更量を測定した後、下記の数式２を用いて測定した利得変化量の分散を測定することができる。

ここで、Ｍ（ＰＷＲ）は、特定区間の利得変化量を示し、Ｍは、利得変化量を測定しようとする区間、Ｄ（ＰＷＲ）は入力信号のサイズを示す。

ここで、Ｖａｒ（Ｄ）は特定区間の利得変化量の分散を示して、Ｍは利得変化量を測定しようとする区間、Ｄ（ＰＷＲ）は入力信号のサイズ及びＭ（ＰＷＲ）は特定区間の利得変更量を示す。

以後、受信装置は、ステップ３０９に進み、瞬間チャンネル変化に適応するために、数式２を介して演算された分散値の加重平均値を算出してチャンネル変化量を判断することができる。

下記数式３は、利得変化量の加重平均値を求める数式で、受信装置は利得変化量の加重平均値を自動利得制御に要する基準入力値に適用してチャンネル変化によるヘッドルーム調節を行う。

ここで、Ｘは利得変化量の加重平均値を示して、Ｖａｒ（Ｄ）は特定区間の利得変化量の分散を示す。

前記のような受信装置は、利得変化量の加重平均値を用いてチャンネル変化が大きいかまたはチャンネル変化が小さいかを判断することができることので、受信装置は、ステップ３１１に進み、前記過程によって現区間のチャンネル変化量と前区間のチャンネル変化量とを比較してチャンネル変化量を判断する。

もし、ステップ３１１でチャンネル変化量が大きいと判断される場合、つまり、現チャンネル変化が前チャンネル変化より大きいと判断される場合、受信装置は、ステップ３１３に進み、ヘッドルームを増やすためのオフセットを設定する。

ステップ３１３は、チャンネル変化が大きいほどヘッドルームの幅を増やしてＡＤＣの動作領域を最小化するようにするためのもので、前チャンネル変化量と現チャンネル変化量の差を用いてオフセットを設定する。ここで、オフセット値は、数式３の利得変化量の加重平均値の結果、つまり、マージン平均を示す値である。

一方、ステップ３１１でチャンネル変化量が少ないと判断される場合、つまり、現チャンネル変化が前チャンネル変化より小さいと判断される場合、受信装置はステップ３１９に進み、ヘッドルームを減らすためのオフセットを設定する。

ステップ３１９は、チャンネル変化が小さいほど要求されるヘッドルームが小さくなれることによってヘッドルームを調節するためのオフセット値を設定する過程で、現チャンネル変化量と前チャンネル変化量の差に応答利得を適用して設定することができる。

前記のようにヘッドルームの幅を調節するためのオフセット値が設定された受信装置は、ステップ３１５に進み、オフセットを適用したＲＭＳを算出する。ここで、受信装置は、下記の数式４を用いてＲＭＳを算出して利得調節のための値を算出することができる。

すなわち、受信装置は、前記のようにチャンネル変化量によってヘッドルームの幅を調節するためのオフセット値を設定するが、チャンネル変化量がない場合には元の方式で利得調節のための値を算出する。

以後、受信装置は、ステップ３１７に進み、オフセットを適用したＲＭＳを基準信号として用いる入力信号を計算して利得調節のための値を算出する。

すなわち、受信装置は、下記の数式５を用いて利得調節のための値を算出する。

ここで、Ｄ（ＰＷＲ）は利得調節値を示して、ＰＷＲ（ｔ）は累積平均入力値を示し、ＲＭＳは本発明により算出されたオフセットが適用されたＲＭＳ値で利得変化量の加重平均値の結果、つまり、マージン平均を示す値である。

以後、受信装置は本アルゴリズムを終了することになる。

一方、本発明の詳しい説明では、具体的な実施形態に関して説明しているが、本発明の範囲から外さない限度内で多様な変形が可能であることを言うまでもない。よって、本発明の範囲は、説明の実施形態に限定されてはならなく、後述の特許請求の範囲のみならずこの特許請求の範囲と均等な範囲によって定めなければならない。

Claims (14)

1. 受信装置においてチャンネル変化量によってアナログ／デジタル変換器（以下、ＡＤＣという）の全ダイナミックレンジを調整するための装置であって、
   制限されたＡＤＣの全ダイナミックレンジを調節するためにチャンネル変化量によってフェージングマージンを調節するように処理するチャンネル確認部を含むことを特徴とする装置。
2. 前記チャンネル確認部は、特定区間の利得変化量の分散値を用いて前記チャンネル変化量を確認することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記チャンネル確認部は、下記の数式１を用いて前記利得変化量を確認し、
   
   ここで、前記Ｍ（ＰＷＲ）は特定区間の利得変化量を示し、Ｍは利得変化量を測定しようとする区間、Ｄ（ＰＷＲ）は入力信号のサイズを示し、
   前記チャンネル確認部は、
   下記の数式２を用いて前記利得変化量の分散値を確認することを特徴とする請求項２に記載の装置。
   
   ここで、前記Ｖａｒ（Ｄ）は特定区間の利得変化量の分散を示し、Ｍは利得変化量を測定しようとする区間、Ｄ（ＰＷＲ）は入力信号のサイズ及びＭ（ＰＷＲ）は特定区間の利得変化量を示す。
4. 前記チャンネル確認部は、前記チャンネル変化量が前チャンネル変化量より大きい場合、フェージングマージンを増やすためのオフセットを設定して、前記チャンネル変化量が前チャンネル変化量より少ない場合、前記フェージングマージンを減らすためのオフセットを設定して前記ＡＤＣの全ダイナミックレンジを調節することを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記チャンネル確認部は、前チャンネル変化量を閾値として用いることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記チャンネル確認部は、前記チャンネル変化量によって設定されたオフセットを適用したＲＭＳを算出して前記ＲＭＳを利得調節するための基準信号として用いてＡＤＣの全ダイナミックレンジを調節することを特徴とする請求項４に記載の装置。
7. 前記チャンネル確認部は、前記基準信号としての前記ＲＭＳを用いて前記利得調整のための値を算出し、前記利得調節のための値は下記の数式３を用いて算出されることを特徴とする請求項６に記載の装置。
   
   ここで、前記Ｄ（ＰＷＲ）は利得調節値を示して、ＰＷＲ（ｔ）は累積平均入力値を示し、ＲＭＳはＲＭＳ値である。
8. 受信装置にてチャンネル変化量によってアナログ／デジタル変換器（以下、ＡＤＣとする）の全ダイナミックレンジを調整するための方法であって、
   チャンネル変化量によってフェージングマージンを調節して制限されたＡＤＣの全ダイナミックレンジを調節する過程を含むことを特徴とする方法。
9. 前記チャンネル変化量は、特定空間の利得変化量の分散値を用いて確認することを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記利得変化量は、下記の数式４を用いて確認し、
    
    ここで、前記Ｍ（ＰＷＲ）は特定区間の利得変化量を示して、Ｍは利得変化量を測定しようとする区間、Ｄ（ＰＷＲ）は入力信号のサイズを示し、
    前記利得変化量の分散値は、
    下記の数式５を用いて確認することを特徴とする請求項９に記載の方法。
    
    ここで、前記Ｖａｒ（Ｄ）は特定区間の利得変化量の分散を示して、Ｍは利得変化量を測定しようとする区間、Ｄ（ＰＷＲ）は入力信号のサイズ及びＭ（ＰＷＲ）は特定区間の利得変化量を示す。
11. 前記ＡＤＣの全ダイナミックレンジを調節する過程は、
    前記チャンネル変化量が大きい場合、フェージングマージンを増やすためのオフセットを設定する過程と、
    前記チャンネル変化量が少ない場合、前記フェージングマージンを減らすためのオフセットを設定する過程と、をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
12. 前記前チャンネル変化量は、閾値として用いることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記ＡＤＣの全ダイナミックレンジを調節する過程は、
    前記チャンネル変化量によって設定されたオフセットを適用するＲＭＳを算出して前記ＲＭＳを利得調節のための基準信号として用いる過程をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
14. 前記基準信号として前記ＲＭＳを用いる過程は、前記利得調整のための値を算出する過程を含み、前記利得調節のための値は、下記の数式６を用いて算出することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
    
    ここで、前記Ｄ（ＰＷＲ）は利得調節値を示し、ＰＷＲ（ｔ）は累積平均入力値を示し、ＲＭＳはＲＭＳ値を示す。