JP3989572B2 - 無線受信機における受信信号の品質を最適化する装置および方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的には無線受信機に関し、かつより特定的には無線受信機における受信信号の品質を最適化する装置および方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
セルラ無線電話移動加入者ユニットが都合のよい例である、無線送受信機は本発明の必要性を説明するための適切な設定を与える。無線加入者ユニットは典型的には特定の地理的領域において競合するサービスを提供する2つのセルラシステム(例えば、システムAまたはB)とともに動作するよう設計される。おのおののシステムには特定のチャネル間隔を有する数多くのチャネルが割り当てられ、かつおのおののチャネルは、例えば、電子工業会(Electronic Industries Association)TIA/EIA/IS−95、「デュアルモード広帯域スペクトル拡散セルラシステムのための移動ステーション−陸上ステーション互換性標準(Mobile Station−Land Station Compatibility Standard For Dual−Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System)」、1993年7月発行(以後「IS−95標準」と称する)に見られるような特定の中心周波数を有する。
【0003】
経済的な加入者ユニットはAまたはBシステムのいずれかで動作するよう設計されている。従って、該加入者ユニットは同時に任意の与えられた時間および場所に存在するセルラ受信帯域のすべての無線周波(RF)信号を同時に受信する。これはAおよびB両方のシステムの信号を含む。該受信機は次にこれらのRF信号をダウンコンバートし、所望の信号が中間周波(IF)フィルタの通過帯域内の中心に位置するようにさせ、該中間周波(IF)フィルタは所望の信号を通過させかつ不要な信号を減衰させる。残念なことに、前記IFフィルタは不要の信号に対し無限大の減衰を提供せず、従っていくらかは低減されたレベルでIFフィルタを通過する。さらに、前記無用の信号は相互変調として知られたプロセスによって受信機内でお互いに相互作用し所望の信号と同じ周波数の妨害信号を生成する。相互変調は後により詳細に説明する。この問題は所望のRF信号のレベルに対する無用のRF信号のレベルの比率が増大するに応じて悪化する。前記AおよびBシステムの設計者はシステム設計によってこの問題の発生を最小化しようと試みるが、不可能でないにせよ、この問題を完全に除去するのは困難である。
【0004】
克服するのが特に困難な1つの状況につき説明する。移動加入者はAチャネルによって動作しており、すなわち、該移動ユニットはAシステムチャネルによってAシステムのベースステーションから所望のRF信号を受信している。移動ユニットがAベースステーションから離れるに応じて、所望のRF信号レベルは低減する。同時に、該移動ユニットはBシステムチャネルによって多数のRF信号を送信しているBシステムのベースステーションに向けて移動しているかもしれない。これらの信号はAシステムによって動作している移動ユニットにとっては無用のRF信号である。移動ユニットがBシステムのベースステーションに接近するに応じて、無用のRF信号のレベルは増大する。従って、望ましくない状況が発生し、所望のRF信号レベルが低減しつつありかつ無用のRF信号が増大しつつある。もし所望のRF信号のレベルに対する無用のRF信号のレベルがあまりにも高くなりすぎると、移動ユニットのユーザは低下した呼の品質を経験しかつ多分サービスを失うであろう。
【0005】
デジタルシステムであるCDMA無線システムにおいておよびアナログシステムであるアドバンスド移動電話システム(advanced mobile telephone system:AMPS)において動作する符号分割多元接続(CDMA)移動ステーションを参照して上記問題を例示する典型的な筋書きを説明する。移動ステーションは活動中の呼(active call)において所望のベースステーションと通信する。移動ステーションの無線受信機は強い無用の信号の存在によって引き起こされ得るEc/Ioの比率の低減を検出する。Ecは所望の信号のチップ(chip)あたりのエネルギでありかつIoは受信信号の合計電力スペクトル密度である。移動ステーションの無線受信機はそれが通信しているベースステーションに対しEc/Ioの比率の低下を報告する。ベースステーションは次に無線受信機における所望の信号強度を改善するため所望の信号(Ec)のチップあたりのエネルギを増大する。しかしながら、所望の信号(Ec)のチップあたりのエネルギの増大は無線システムの総合的な容量を低減する。さらに、所望の信号(Ec)のチップあたりのエネルギはある限界まで増加できるのみである。所望の信号(Ec)のチップあたりの限定されたエネルギにおいて、無用の信号が依然として所望の信号を圧倒しているかもしれない。これは移動ステーションが無用の信号を送信しているベースステーションに非常に近くかつ所望の信号を送信しているベースステーションから離れているかあるいはしゃへいされている場合である。従って、前記Ec/Ioの比率は低減し続ける。移動ステーションの受信信号におけるフレームエラー率(FER)はEc/Ioの比率が低減するに応じて増大し、かつその結果、活動中の呼がドロップされる。
【0006】
受信機によって生成される特定の無用の信号応答は通常相互変調ひずみ(IM)と称される。IMひずみは割り当てられた入力信号周波数からおよびお互いから受信機における非線形の電子デバイスにおいて生じる2つまたはそれ以上の妨害信号のN次のミキシングによってその周波数が割り当てられた入力信号周波数のものと等しいIMひずみ積と称される第3の信号を生成するように離れた2つまたはそれ以上の妨害信号が存在する場合に生じる。受信機内の増幅および混合回路において通常使用される電子デバイスの伝達関数は完全にリニアであることはまずない。これらのデバイスにおける固有の理想的でない特性はIMひずみにつながる。
【0007】
例えば、IMひずみのよく知られた1つの形式は3次IMひずみである。妨害信号の信号強度の1dBの変化は無用の3次IMひずみ積の信号強度における3dBの変化を生じる。この3対1の関係に対する背景を理解することを望むものはモトローラ・インコーポレイテッドのリチャード・シー・セイジャーズ(Richard C. Sagers)による、「インターセプト点および無用の応答(Intercept Point and Undesired Responses)」と題し、第32回IEEE車両技術会議、1982年5月23〜25日、に先立ち提案された文献を参照することができる。この3対1の関係は一般に3次IMひずみの排除を最大にするために受信機の設計において使用される。
【0008】
また、受信機の電子デバイスのバイアス電流を増大することは一般にIMひずみの低減を助けることがよく知られている。しかしながら、携帯用無線加入者ユニットはそれらの電力を携帯用電源から得る。携帯用無線加入者ユニットは典型的には携帯用無線機が到来呼を待機している場合に低電流、スタンバイモード、または携帯用無線機が音声またはデータを送受信している場合に高電流、アクティブ使用モードのいずれかで最大の使用を行うために電力消費を最小にするよう設計される。従って、IMひずみを低減するために受信機における電流消費を増大することは望ましくなく、それは電流消費を増大することは携帯用無線機が使用できる時間量を少なくするからである。
【0009】
システム計画もまたIMひずみを低減することがよく知られている。システム計画は同じ場所に複数のベースステーションを配置すること、およびベースステーションに方向性または指向性(directional)アンテナを使用することのような解決方法を含む。ベースステーションおよび無線受信機の間の距離は無線受信機における受信信号の信号レベルにおける重要な要因である。従って、所望の信号を送信する所望のベースステーションの近くに、IMひずみを生じる無用の信号を送信する無用のベースステーションを同じ場所に配置することはIMひずみが所望の信号に打ち勝つ可能性を大幅に低減する。しかしながら、異なるシステムのベースステーションを同じ場所に配置することはベースステーションの物理的位置、ベースステーションの設置の間の時間経過、およびベースステーションの所有権のような要因により常に可能であるとは限らない。
【0010】
方向性アンテナを有するベースステーションは方向性アンテナによって送信される信号は単一指向性(unidirectional)アンテナよりも目的とする方向に大きな電力を有するためIMひずみを低減するのを助ける。この増大した信号電力は所望の信号がIMひずみによって打ち負かされない可能性を増大する。しかしながら、IM妨害の低減は無線受信機および方向性アンテナを有する所望のベースステーションおよびIMひずみを引き起こす無用のベースステーションの間の相対的距離に依存する。従って、無線受信機が無用のベースステーションに非常に近くかつ所望のベースステーションから遠い場合は所望のベースステーションからのアンテナの方向性の量はIMひずみに打ち勝つことがない可能性がある。さらに、方向性アンテナは他の方向で信号のカバレージを犠牲にし、これはシステムの無線機カバレージを制限しかつ無線機カバレージを改善するためにより多くのベースステーションの必要性を増大する。
【0011】
セルラ電話のような移動無線機はサーマルノイズおよび妨害を含む動的に変化する条件を備えたチャネルによって動作することが要求される。これらのサーマルノイズは受信機の雑音指数、受信機の帯域幅、および温度によって設定される。サーマルノイズは大部分の条件の下で比較的ゆっくりと変化する。これに対し、妨害は多数の発生源およびメカニズムによって発生され、かつ比較的早い速度で変化する。妨害の発生源は同一チャネル妨害、隣接チャネル感度抑圧、および相互変調(IM)を含む。
【0012】
受信機の設計者は典型的には受信機のラインアップにおけるアンテナにもっとも近い回路段を受信機フロントエンドと称し、かつアンテナからもっとも遠い回路段を受信機バックエンドと称する。伝統的には、受信機のフロントエンドの利得は十分高く設定され受入れ可能な感度を達成するために最悪の場合の受信機バックエンドの雑音指数を追い越すようにされる。
【0013】
典型的には、固定利得を有する低雑音増幅器(LNA)は受信機のラインアップにおける最初のアクティブな回路段である。LNAの利得は最小の受信機の雑音指数に対し高く設定されその結果受入れ可能な受信機感度を達成する。しかしながら、高いLNA利得の不都合は直線性である。LNA利得が増大するに応じて、ダウンミキサのようなLNAに続く回路段は同じIM性能を維持するためによりリニアに作成されなければならない。残念なことに、高いリニアリティは典型的にはより高いDC電力消費を必要とし、これは明らかにバッテリ動作無線機にとって望ましくない。逆に、もしLNA利得がIM性能を改善するために低くされれば、受信機の感度が低下する。従って、伝統的な無線機においては感度、IM排除、および受信機のDC電力消費の間でトレードオフを行わなければならない。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
感度、IM排除、およびDC電力消費の間で受入れ可能なトレードオフを達成することは特にAMPSセルラ無線機と比較してCDMA無線機にとっては以下の理由で困難なことである。第1に、CDMAチャネルはAMPSチャネルよりも40倍広く、その結果オンチャネルIM発生積の生じる確率がより高くなる。第2に、CDMAのIFフィルタの損失はAMPSのIFフィルタの損失よりも10〜12dB高い。従って、等価な感度に対してはバックエンドの雑音指数を追い抜くためにより高いフロントエンドの利得が必要とされる。伝統的なCDMA無線機のこれら2つの特性は一般には適切なリニアリティおよびIM排除を維持するためにAMPS無線機と比較して5〜6の係数で受信機のフロントエンドのDC電力消費を増大させる傾向となる。
【0015】
妨害のレベルを低減する一方で、受信機の電力消費を低減するために、妨害が存在する場合にそのリニアリティ特性を動的に増大する無線受信機が望まれる。従って、無線受信機における受信信号の品質を最適化するための装置および方法の必要性が存在する。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば無線受信機における受信信号の品質を最適化する方法が提供され、該方法は、無線周波RF信号を受信して前記受信信号を生成する段階、前記受信信号の品質を決定する段階、そして前記受信信号の品質に応じて前記無線受信機の利得を調整する段階、を具備することを特徴とする。
【0017】
この場合、前記受信信号は所望の信号および不所望の信号を含み、かつ前記受信信号の品質はさらに、前記受信信号に対する前記所望の信号を示す比率を含み、該比率はさらに前記受信信号Ioの合計電力スペクトル密度に対する前記所望の信号(Ec)のチップあたりのエネルギからなるものとすることができる。
【0018】
さらに、前記RF信号は所望のRF信号および不所望のRF信号を含み、前記方法はさらに、前記受信信号の受信信号強度指示RSSIを決定する段階、そして前記無線受信機の利得に応じて前記受信信号のRSSIを補償して所望のRF信号のRSSIを示す受信信号の補償されたRSSIを生成する段階を具備するものとすることができる。
【0019】
さらに、前記受信信号の受信信号強度指示RSSIを決定する段階、前記受信信号の品質が好ましいものかあるいは好ましくないものであるかを決定する段階、そして前記受信信号のRSSIが好ましいものであるかあるいは好ましくないものであるかを決定する段階、を具備し、前記調整する段階は前記受信信号の品質およびRSSIの双方が好ましいものである場合に行なわれ、そして前記調整する段階は前記受信信号の品質またはRSSIのいずれかが好ましくないか、あるいは前記受信信号の品質およびRSSIの双方が好ましくない場合には行なわれないよう構成すると好都合である。
【0020】
また、前記RF信号は所望のRF信号および不所望のRF信号を含み、前記方法はさらに、前記無線受信機の利得に応じて前記受信信号のRSSIを補償し所望のRF信号のRSSIを示す受信信号の補償されたRSSIを生成する段階を具備するよう構成できる。
【0021】
さらに、前記受信信号の品質に応じて、利得制御信号を発生する段階、を具備し、前記調整する段階は該利得制御信号に応じて行なわれるよう構成してもよい。
【0022】
前記発生する段階はさらに、受信信号の品質の現在の測定値を該受信信号の品質の過去の測定値と比較して第1の出力信号を生成する段階、利得の現在の測定値を利得の過去の測定値と比較して第2の出力信号を生成する段階、そして前記第1および第2の出力信号に応じて前記利得制御信号を決定する段階、を具備するものとすることができる。
【0023】
また、前記決定する段階はさらに、前記第1の出力信号および前記第2の出力信号を乗算して乗算された信号を生成する段階、前記乗算された信号を所定の利得制御ステップ値dGにより乗算して利得制御ステップ信号を生成する段階、そして前記利得制御ステップ信号を現在の利得制御信号と加算して将来の利得制御信号を生成する段階、を具備するものとすることができる。
【0024】
さらに、最大値と最小値の間で前記利得制御信号を制限する段階を具備すると好都合である。
【0025】
本発明の別の態様では、受信信号の品質を最適化する無線受信機において、利得を有し、無線周波RF信号を受信して受信信号を生成する受信機、前記受信信号の品質を決定するための信号品質決定装置、そして前記受信信号の品質に応じて前記受信機の利得を調整する利得制御装置、を具備することを特徴とする。
【0026】
【発明の実施の形態】
本発明は図1〜図4を参照してより完全に説明することができ、図1は本発明に係わる無線送受信機100の概略的なブロック図を示す。無線送受信機100は概略的に無線送信機102、無線受信機104およびアンテナ106を含む。無線送信機102はアンテナ106を介して情報を送信しかつ無線受信機104はアンテナ106を介して情報を受信する。
【0027】
本発明の好ましい実施形態では、無線送受信機100はセルラ無線電話加入者ユニットである。無線送受信機100は、車両搭載ユニット、携帯用ユニット、または可搬型ユニットのような、技術的によく知られた多くの形態とすることができる。本発明の好ましい実施形態によれば、移動ステーションは前に述べたIS−95標準に記載されたCDMAセルラ無線電話システムと両立するよう設計されたCDMA移動ステーションである。
【0028】
一般に、無線送信機102およびアンテナ106はそれぞれ技術的によく知られており、従って本発明の理解を容易にするために必要な場合を除き余分の説明は行う必要はない。無線送信機102は参照のためここに導入するモトローラ無線電話モデル番号第SUF1712号に概略的に教示されている。無線送信機102は情報入力120において情報を受け入れる。該情報は通常音声またはデータである。
【0029】
無線受信機104は新規なものであると考えられかつ図1を参照して概略的にかつ引き続く図2〜図4を参照してさらに詳細に説明する。無線受信機104は概略的にある利得を有する受信機108、復調器110、信号品質決定装置111、利得制御装置112、信号プロセッサ114を含む。無線受信機102は情報出力116に情報を発生する。該情報は通常音声またはデータである。一般に、利得を有する受信機108、復調器110、信号品質決定装置111および信号プロセッサ114は個々に技術的によく知られており、かつ従って本発明の理解を容易にするのに必要な場合を除きここではこれ以上の説明は必要ではない。利得を有する受信機108はここに参照のため導入されるモトローラ無線電話モデル#SUF1712号および米国特許第5,321,847号に概略的に教示されている。復調器110および信号品質決定装置111は、「CDMA移動ステーションモデムASIC(CDMA Mobile Station Modem ASIC)」、Proceedings of the IEEE 1992 Custom Integrated Circuits Conference,セクション10.2、1〜5ページに記載されかつ「CDMAデジタルセルラシステムASIC概観(CDMA Digital CellularSystem an ASIC Overview)」、Proceedings of the IEEE 1992 Custom Integrated Circuits Conference,セクション10.1、1〜7ページ(ここに参照のため導入)に教示された応用特定集積回路(ASIC)内で実施される。前記信号プロセッサ114は概略的に、例えば、当業者によく知られたチャネルデコーダ、エラー検出/訂正、オーディオプロセッサ、データプロセッサを含む。
【0030】
一般に、本発明の無線受信機104は第1の変調方法によって変調された所望のRF信号を受信するが、しばしば第2の変調方法によって変調された妨害RF信号をも受信する。RF信号を変調するための2つのそのような方法はアナログ変調およびデジタル変調を含むことができる。アナログ変調技術を使用して変調されたRF信号はアナログRF信号と称する。デジタル変調技術を使用して変調されたRF信号はデジタルRF信号と称する。アナログ無線周波(RF)信号またはデジタルRF信号を受信および送信できる無線送受信機はデュアルモードまたは2重モード無線送受信機として知られている。本発明の好ましい実施形態では、無線受信機104はアナログRF信号または符号分割多元接続(CDMA)RF信号を受信できる。アナログまたはCDMARF信号を受信できるデュアルモード無線受信機は技術的によく知られておりかつ一般に前に述べたIS−95標準に教示されている。あるいは、本発明は時分割多元接続(TDMA)無線受信機およびグループスペシャルモービル(Group Special Mobile:GSM)無線受信機とともに使用できる。アナログまたはTDMA RF信号を受信できるデュアルモード無線受信機は技術的によく知られておりかつ一般にここに参照のため導入されるモトローラの無線電話モデル番号第SUF1702C号に教示されている。GSM RF信号を受信できる無線受信機は技術的によく知られておりかつ一般にここに参照のため導入されるモトローラの無線電話モデル番号第SUF1702C号に教示されている。
【0031】
利得を有する受信機108、復調器110、信号品質決定装置111および信号プロセッサ114と組み合わせた利得制御装置112は新規な装置およびそのための方法を形成しかつ図1を参照して概略的にかつ引き続く図2〜図4を参照してさらに詳細に説明する。一般に、無線受信機104における前記装置およびそのための方法は利得を有する無線受信機104における受信信号124の品質130を最適化する。本発明は受信信号124の品質を決定できる任意の無線受信機とともに使用して有用である。特に、利得を有する受信機108は無線周波(RF)信号122を受信して受信信号124を生成する。信号品質決定装置111は受信信号124の品質130を決定する。利得制御装置112は受信信号124の品質130に応じて無線受信機104の利得を調整する。
【0032】
さらに、信号プロセッサ114は前記復調された信号126を処理して情報出力116において処理された信号128を生成する。
【0033】
本発明の好ましい実施形態では、利得制御装置112はソフトウエアで実施される。あるいは、利得制御装置112はディスクリート部品によってあるいは集積回路で実施できる。
【0034】
利得制御装置112は無線受信機104にとって適切な任意のレートで該無線受信機104の利得を調整するよう設計できる。さらに、利得制御装置112は無線受信機104の利得をその構成がデジタルであるかあるいはアナログであるかに応じて、それぞれ、増分的にあるいは連続的に調整するよう設計できる。好ましくは、利得制御装置112は受信信号の品質130が所定のしきい値より低下した場合に動作するよう構成される。あるいは、利得制御装置112は無線受信機104がサービスを行っている場合に動作するよう構成できる。
【0035】
本発明の好ましい実施形態では、RF信号122は869MHz〜894MHzの受信周波数範囲を有する。本発明の好ましい実施形態においては、受信信号124である。
【0036】
受信信号124は所望の信号および不所望の信号を含む。不所望の信号は、例えば、受信機内で発生されたノイズおよびIMひずみ積を含む受信機内で発生されたひずみ積を含むことができる。本発明の好ましい実施形態では、受信信号124の品質130は受信信号124に対する所望の信号を示す比率からなる。好ましくは、CDMAシステムにおいては、前記比率は受信信号の合計電力スペクトル密度(Io)に対する所望の信号のチップあたりのエネルギ(Ec)からなる。
【0037】
受信信号124の品質130は無線受信機104における種々の信号ポイントから得ることができる。あるいは、信号品質決定装置111が復調信号126のまたは処理された信号128の(信号品質決定装置111への点線で示された)エラー率を決定または推定するエラー率エスティメイタ(error rateestimator)から構成できる。復調信号126から得られるエラー率はシンボルエラー率である。利得制御装置112は復調信号126のシンボルエラー率に応じて無線受信機104の利得を調整する。処理された信号128から得られるエラー率はビットエラー率である。利得制御装置112は処理された信号128のビットエラー率に応じて無線受信機104の利得を調整する。受信信号124の品質130を得るためのこれらすべての信号ポイントは利得制御装置112のための実質的に同じ形式の情報を生成する。受信信号124の品質を得るための特定の信号ポイントは変調方法、無線受信機の構成(topology)、および他のよく知られた設計上の考慮事項に依存する。
【0038】
図2は、本発明に係わる図1の無線受信機104の詳細なブロック図を示す。全体として、図2は受信機108および利得制御装置112のさらに詳細を示す。受信機108は概略的に第1のバンドパスフィルタ202、可変減衰器204、可変利得増幅器206、第2のバンドパスフィルタ208、ミキサ210、局部発振器212、第3のバンドパスフィルタ214、中間周波(IF)段216、受信信号強度指示(RSSI)エスティメイタ217、そしてRSSI補償器218を含む。RSSI補償器218はさらに加算器220および遅延要素222を含む。概略的に、第1のバンドパスフィルタ202、可変減衰器204、可変利得増幅器206、第2のバンドパスフィルタ208、ミキサ210、局部発振器212、第3のバンドパスフィルタ214、中間周波(IF)段216、RSSIエスティメイタ217、加算器220および遅延要素222は個々には技術的によく知られており、従ってここでは本発明の理解を容易にするのに必要な場合を除きこれ以上の説明は行わない。
【0039】
第1のバンドパスフィルタ202はRF信号122をろ波して第1のろ波された信号224を生成する。可変減衰器204は利得制御装置112からの第1の利得制御信号132に応答して第1のろ波された信号を減衰し減衰された信号228を生成する。可変利得増幅器206は利得制御装置112からの第2の利得制御信号133に応答して前記減衰された信号228を増幅し増幅された信号232を生成する。用語「増幅する」は一般に減衰された信号228のレベルを変更することに言及しており減衰された信号228のレベルを増大することおよび低減することの双方を含む。あるいは、前記可変利得増幅器206は技術的によく知られているように固定利得の増幅器とこれに続く可変利得減衰器(ともに図示されていない)によって実施することもできる。あるいは、前記利得制御装置112からの利得制御信号は無線受信機104の他の知られた要素の利得を変更させることもできる。第2のバンドパスフィルタ208は増幅された信号232をろ波して第2のろ波された信号234を生成する。ミキサ210は局部発振器212によって提供される局部発振信号236に応答して第2のろ波された信号234をミキシングしIF信号238を生成する。第3のバンドパスフィルタ214はIF信号238をろ波してろ波されたIF信号240を生成する。中間周波(IF)段216はろ波されたIF信号240を受信しかつ受信信号124を生成するよう動作する。RSSIエスティメイタ217はろ波されたIF信号240のRSSIを決定しまたは推測する。第1のバンドパスフィルタ202からIF段216への202,204,206,208,210,212,214,216および217を含む受信機のラインアップは伝統的なものでありかつさらに詳細には説明しない。
【0040】
前記RF信号122は所望のRF信号および不所望のまたは無用のRF信号を含む。不所望のRF信号は種々のRF周波数を中心とする1つまたはそれ以上のRF信号を含む。無線受信機104は無線受信機設計の技術に習熟したものによく知られた種々の理由により前記所望のRF信号のRSSI決定を必要とする。RSSIエスティメイタによって提供される所望のRF信号のRSSI決定はRSSIエスティメイタの前の総合的な利得の関数である。したがって、可変利得増幅器206の利得が変化するとき、RSSI決定242はもはや所望のRF信号のRSSIの良好な指示ではない。RSSIエスティメイタによって提供される所望のRF信号のRSSI決定はRSSIエスティメイタの前の合計の利得の関数である。したがって、本発明の好ましい実施形態では、RSSI補償器218は無線受信機104の利得に応じてRSSI推定値を補償し所望のRF信号122のRSSIを示す受信信号124の補償されたRSSI134を生成する。RSSI補償器218は加算器220および遅延要素222を用いて実施される。加算器220は受信された信号242のRSSIを遅延された利得信号244と加算しかつ制限された利得制御信号246を減算して受信信号124の補償されたRSSI134を生成する。したがって、受信信号124に関して与えられた利得の量は受信信号242のRSSIの適切な推定値を得るため除去されまたは解除される。
【0041】
利得制御装置112は前記受信信号124の品質130に応じて前記制限された利得制御信号246を発生し、かつ無線受信機104の利得を前記制限された利得制御信号246に応じて調整する。
【0042】
本発明の好ましい実施形態では、利得制御装置112は第1の比較器248、第2の比較器250、利得制御信号決定装置252、第1の遅延要素254および第2の遅延要素256を具備する。一般に、前記第1の比較器248、第2の比較器250、利得制御信号決定装置242、第1の遅延要素254および第2の遅延要素256は個々には技術的によく知られており、したがって本発明の理解を容易にするのに必要な場合を除きここではこれ以上の説明は行なわない。前記第1の比較器248は前記第1の比較器248への正入力258における受信信号124の品質130の現在の測定値を前記比較器248への負入力260における受信信号124の品質130の過去の測定値と比較し+1または−1の値をとる第1の出力信号262を生成する。第2の比較器250は該第2の比較器250への正入力264における利得246の現在の測定値を該第2の比較器250への不入力266における利得246の過去の測定値と比較して+1または−1の値をとる第2の出力信号268を生成する。利得制御信号決定装置252は前記第1の出力信号262および第2の出力信号268に応じて利得制御信号270を決定する。
【0043】
本発明の好ましい実施形態においては、前記利得制御信号決定装置252は第1の乗算器272、第2の乗算器274、加算器276および遅延要素284を具備する。一般に、第1の乗算器272、第2の乗算器274、加算器276および遅延要素284は個々には技術的によく知られており、かつしたがって本発明の理解を容易にするのに必要な場合を除きここではこれ以上の説明は必要ではない。第1の乗算器272は前記第1の出力信号262および前記第2の出力信号268を乗算して乗算された信号278を生成する。第2の乗算器274は前記乗算された信号278を所定の利得制御ステップ値(dG)によって乗算し利得制御ステップ信号280を生成する。加算器276は前記利得制御ステップ信号280を遅延要素284によって提供される過去の利得制御信号282と加算し現在の利得制御信号270を生成する。
【0044】
本発明の好ましい実施形態においては、利得制御装置112はさらに最大値288と最小値290との間に利得制御信号270を制限して制限された利得制御信号246を生成するためのリミッタ286を具備する。図2において、利得制御信号246の値は説明の目的で減衰器204およびVGA206の所望の正味の利得に等しい。一般に、リミッタ286は技術的によく知られており、かつしたがって本発明の理解を容易にするのに必要な場合を除きここではこれ以上の説明は行なわない。
【0045】
本発明の好ましい実施形態においては、利得制御装置112のリミッタ286は前記補償されたRSSI134に応じて利得制御信号270を最大値288に制限する。受信信号が強い場合に最大利得を制限することは瞬時的なIMバーストの初期的効果を最小にする。
【0046】
本発明の好ましい実施形態では、前記利得制御装置はさらにスイッチ294を具備する。スイッチ294は第1の加算器293、第2の加算器295、第1のリミッタ296、および第2のリミッタ297を具備する。VGA制御信号133は前記制限された制御信号246から減算されて第1の加算器出力298を生成する。第1の加算器出力298は第1のリミッタ296によって最大値291に制限され減衰器制御信号132を生成する。減衰器制御信号132は前記制限された制御信号246から減算されて第2の加算器出力299を生成する。第2の加算器出力299は第2のリミッタ297によって最小値292に制限されて減衰器制御信号133を生成する。一般に、第1の加算器293、第2の加算器295、第1のリミッタ296、および第2のリミッタ297は技術的によく知られており、かつしたがって本発明の理解を容易にするのに必要な場合を除きここではこれ以上詳細に説明しない。
【0047】
VGA206の利得は利得制御信号246が前記第2の加算器出力が最小値292より大きくなるようなものである場合に利得制御信号133に応じて変化する。この時間の間、減衰器204は最小減衰度にクランプされる。前記利得制御信号246が第1の加算器出力298が最大値291より小さくなるようにする場合、減衰器204の減衰値は利得制御信号132に応じて変化する。この時間の間は、VGA206の利得は最小の可能なVGA利得でクランプされる。別の実施形態では減衰器204のみまたはVGA206のみを変えることもできる。
【0048】
Ec/Ioを決定する信号品質決定装置111の積分期間は利得スティアリングループ(gain steering loop)のための最小反復期間を支配する。最小積分時間は64チップであり、これはほぼ50マイクロセカンドである。もし自動利得制御(AGC)およびアクティブフィルタリングが受信機のバックエンドにおいて実施されれば、前記信号がバックエンドの瞬時的なダイナミックレンジ内に留まることを保証するためさらなるタイミングの考慮が必要となる。前記積分期間が増大されるべきか、あるいは与えられた期間における同じ方向の引き続く利得ステップの数を制限してバックエンドAGCが落ちつくようにすべきである。
【0049】
無線受信機104のフロントエンドにおける利得調整を有することの他の利点は無線受信機のダイナミックレンジの拡張である。無線受信機104のIFセクション216は典型的には強い信号で飽和する最初の回路段である。したがって、無線受信機104のダイナミックレンジはフロントエンドの利得の低減により拡張される。
【0050】
図3は、受信機の入力に関する受信機サーマルノイズ電力(N)306、受信機の入力に対する妨害電力(I)307、受信機の入力に対する受信機のサーマルノイズ電力と受信機の入力に対する妨害電力を加えたもの(I+N)308、および受信機の入力における所望のRF信号電力310に対する減衰器204およびVGA206の正味利得301をプロットしたグラフ300を示す。受信機入力に対する受信機サーマルノイズ電力は受信機のフロントエンドの利得の増大と共に減少する。図3における受信機の入力に対する妨害電力は受信機によって受信される不所望のRF信号により受信機内で発生されるIMひずみによるものと想定される。したがって、受信機108の入力に対する妨害電力は受信機のフロントエンドの利得の増大と共に増大する。したがって、受信機108の入力に対する受信機サーマルノイズ電力の和は正味利得(G)の値314において最小値A 316を有する。所望のRF信号電力は送信源からの距離のような外部要因の関数であり、かつしたがって受信機のフロントエンドの利得とは無関係である。本発明の装置および方法はしたがってフロントエンドの利得を受信機の入力に対する受信機サーマルノイズと受信機の入力に対する妨害電力を加えた和に対する所望のRF信号電力の比率を最大にする利得314へとフロントエンドの利得を方向づける。この最大比率は最適の受信信号品質に対応する。
【0051】
図3において、受信機のサーマルノイズおよびIM妨害はサインド(signed)品質劣化の支配的な発生源であると考えられる。もしフロントエンドに続く回路段の飽和特性による信号ひずみのようなひずみまたはノイズの付加的な発生源が受信機において内在すれば、本発明はすべてのフロントエンドの利得に依存するひずみ積の和を最小にする利得の値に向けられ、それはこのことが受信信号品質を最大にするからである。
【0052】
Gim314は利得制御ループに対する正味の利得301についての初期化されたスタートポイントを提供する。このポイントにおいて、Ior/(N+I)の比率315は、例えば−1.1dBのような、所定の最小値である。本発明の好ましい実施形態では、利得制御装置112は無線受信機104の信号対雑音比(Ec/Io)に基づき受信機の利得を動的に方向づけるCDMA線受信機においては、複数のレーキフィンガ(rake fingers)が使用されている場合、該レーキフィンガから得られるもののうち最も高いEc/Ioが使用される。利得制御装置112の基本的な動作は2つの段階を含む。最初に、もしEc/Ioの現在の値がEc/Ioの前の値より良好であれば、利得制御装置112は利得を前の利得ステップと同じ方向にステップさせる。第2に、もしEc/Ioの現在の値がEc/Ioの前の値より悪ければ、利得制御装置112は利得を前の利得ステップと反対方向にステップさせる。VGA206の利得は各々の新しいEc/Ioサンプルに対して変化する。ループが最適の利得設定G 314に落ちついた場合、利得はその最適の設定の上および下をトグルする。
【0053】
図4は、本発明に係わる図1の利得制御装置112の別の詳細なブロック図を示す。概略的に、この別の利得制御装置400は第1の比較器402、第2の比較器404およびANDゲート406を具備する。一般に、第1の比較器402、第2の比較器404およびANDゲート406は個々には技術的によく知られており、かつしたがって本発明の理解を容易にするのに必要な場合を除きここではこれ以上の説明はしない。第1の比較器402は受信信号の品質130が好ましいものであるかあるいは好ましくないものであるかを判定する。本発明の好ましい実施形態では、前記品質は上に述べたEc/Ioである。この決定は前記決定されたEc/Ioを所定のEc/Ioしきい値410と比較して第1の出力信号414を生成することによって行なわれる。第2の比較器404は受信信号124のRSSI134が好ましいものであるかあるいは好ましくないものであるかを判定する。本発明の好ましい実施形態においては、受信信号124のRSSI134は前に述べた補償されたRSSI134である。この決定は前記補償されたRSSI134を所定のRSSIしきい値408と比較して第2の出力信号412を生成することによって行なわれる。前記所定のRSSIしきい値408は前記所定の減衰器の値に基づきセットされ、それによりIor/Nの比率が所定の比率より低く減少する受信信号レベルにおいて減衰器204がスイッチ入力されないようにされる。Iorは所望のベースステーションからの所望のRF信号電力であり、かつNは受信機の入力に対する受信機のサーマルノイズである。前記別の利得制御装置400は受信信号124の品質130およびRSSI134が共に好ましい場合に無線受信機104の利得を調整する。好ましい決定は前記第1の出力信号414および前記第2の出力信号412の双方がANDゲート406への入力において論理ハイのレベルにある場合に行なわれる。これは上昇するRSSI134および低下するEc/lo比130の組合わせが検出された場合に生じる。前記別の利得制御装置400は受信信号124の品質130またはRSSI134のいずれかが好ましくなく、あるいは受信信号124の品質130およびRSSI134が共に好ましくない場合に無線受信機104の利得を調整しない。好ましい決定は前記第1の出力信号414および前記第2の出力信号412の一方または双方がANDゲート406への入力において論理ローのレベルにある場合に行なわれる。
【0054】
【発明の効果】
したがって、本発明は無線受信機における受信信号の品質を最適化する装置および方法を提供する。本発明は無線受信機における相互変調ひずみを好適に低減する。この利点は受信信号124の品質130に応じて無線受信機104の利得を調整する新規な利得制御装置112によって提供される。本発明によれば、従来技術の強い無用のRF信号を受信する場合に電話呼をドロップする問題が実質的に解決される。
【0055】
本発明がその例示的な実施形態に関連して説明されたが、本発明はこれらの特定の実施形態に制限されるものではない。当業者は添付の特許請求の範囲に記載された本発明の精神および範囲から離れることなく変更および修正を成し得ることを認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる無線送受信機を示す概略的なブロック図である。
【図2】本発明に係わる図1の無線送受信機における無線受信機を示す詳細なブロック図である。
【図3】本発明に係わる図1の無線受信機に対する所望の無線周波(RF)電力、サーマルノイズ電力対利得、妨害電力対利得およびサーマルノイズ電力と妨害電力を加えたものに対する利得の関係を示すグラフである。
【図4】本発明に係わる図1の無線送受信機における利得制御装置を示す別の詳細なブロック図である。
【符号の説明】
100 無線送受信機
102 無線送信機
104 無線受信機
106 アンテナ
108 利得を有する受信機
110 復調器
111 信号品質決定装置
112 利得制御装置
114 信号プロセッサ
202 第1のバンドパスフィルタ
204 可変減衰器
206 可変利得増幅器
208 第2のバンドパスフィルタ
210 ミキサ
212 局部発振器
214 第3のバンドパスフィルタ
216 中間周波(IF)段
217 受信信号強度指示(RSSI)エスティメイタ
218 RSSI補償器
220 加算器
222 遅延要素
Claims (8)
- 利得を有する無線受信機における受信信号の品質を最適化する方法であって、
無線周波RF信号を受信して前記受信信号を生成する段階、
前記受信信号の品質を決定する段階、
前記受信信号の受信信号強度指示(RSSI)を決定する段階、
前記受信信号の品質が好ましいものかあるいは好ましくないものであるかを決定する段階、
前記受信信号の前記RSSIが好ましいものであるかあるいは好ましくないものであるかを決定する段階、
前記受信信号の品質およびRSSIが共に好ましいものである場合に、前記受信信号の品質に応じて前記無線受信機の利得を調整する段階、そして
前記受信信号の品質またはRSSIのいずれかが好ましくないものであるか、あるいは前記受信信号の品質および前記受信信号のRSSIが共に好ましくないものである場合に、前記無線受信機の利得を調整しない段階、
を具備することを特徴とする利得を有する無線受信機における受信信号の品質を最適化する方法。 - 前記受信信号は所望の信号および不所望の信号を含み、かつ前記受信信号の品質はさらに、
前記受信信号に対する前記所望の信号を示す比率を含み、該比率はさらに前記受信信号Ioの合計電力スペクトル密度に対する前記所望の信号(Ec)のチップあたりのエネルギからなることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記RF信号は所望のRF信号および不所望のRF信号を含み、前記方法はさらに、
前記受信信号の受信信号強度指示(RSSI)を決定する段階、そして
前記無線受信機の利得に応じて前記受信信号のRSSIを補償して所望のRF信号のRSSIを示す受信信号の補償されたRSSIを生成する段階、
を具備することを特徴とする請求項1に記載の方法。 - さらに、
前記受信信号の品質に応じて、利得制御信号を発生する段階、
を具備し、前記利得を調整する段階は該利得制御信号に応じて行なわれることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記発生する段階はさらに、
受信信号の品質の現在の測定値を該受信信号の品質の過去の測定値と比較して第1の出力信号を生成する段階、
利得の現在の測定値を利得の過去の測定値と比較して第2の出力信号を生成する段階、そして
前記第1および第2の出力信号に応じて前記利得制御信号を決定する段階、
を具備することを特徴とする請求項4に記載の方法。 - 前記決定する段階はさらに、
前記第1の出力信号および前記第2の出力信号を乗算して乗算された信号を生成する段階、
前記乗算された信号を所定の利得制御ステップ値dGにより乗算して利得制御ステップ信号を生成する段階、そして
前記利得制御ステップ信号を現在の利得制御信号と加算して将来の利得制御信号を生成する段階、
を具備することを特徴とする請求項5に記載の方法。 - さらに、
最大値と最小値の間で前記利得制御信号を制限する段階を具備することを特徴とする請求項4に記載の方法。 - 受信信号の品質を最適化する無線受信機であって、
利得を有し、無線周波RF信号を受信して受信信号を生成する受信機、
前記受信信号の品質を決定するための信号品質決定装置、
前記受信信号の受信信号強度指示(RSSI)を決定するためのRSSI決定装置、
前記受信信号の品質が好ましいものであるかあるいは好ましくないものであるかを決定するための第1の比較器、
前記受信信号のRSSIが好ましいものであるかあるいは好ましくないものであるかを決定するための第2の比較器、そして
前記受信信号の品質およびRSSIが共に好ましいものである場合に、前記受信信号の品質に応じて前記無線受信機の利得を調整し、かつ前記受信信号の品質または前記受信信号のRSSIのいずれかが好ましくないものであるか、あるいは前記受信信号の品質および前記受信信号のRSSIが共に好ましくないものである場合に、前記無線受信機の利得を調整しない利得制御装置、
を具備することを特徴とする受信信号の品質を最適化する無線受信機。
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